1　 国内外电子称重技术现状

电子衡器(或电子秤)是配有电子称量装置的衡器, 主要由称重传感器 、承载器(俗称秤架)、称重仪表 3 部分组成。 电子衡器的工作原理是将作用在承载器上的质量或力的大小, 通过称重传感器转换为与之成正比的电信号, 并且, 以模拟或数字量的形式在称重仪表上显示出来。 

表 1为电子衡器分类表国内从 20世纪 60 年代中期开始研制和生产电子秤, 初期为模拟指针式, 20 世纪80 年代中后期发展成数字式, 20世纪 90年代末至 21 世纪初已研制开发出微机式产品。 

电子衡器准确度对比表。 总体来说, 目前国内电子衡器的发展水平相当于发达国家 20世纪 90 年代的水平。 少数产品的技术已处于国际领先水平, 例如中船重工集团第七 ★七研究所研制的 HW-2000动态汽车衡的几项新技术:无开关判别车辆、浅基坑整体秤台和无基坑结构以及防作弊功能。

国内电子衡器数量所占比例仅为衡器的 6.6%;品种少, 功能不齐全;关键元器件的稳定性和可靠性与进口产品比较还有差距。
 

2　 电子称重技术发展趋势

发达国家在电子称重方面, 无论从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高水平, 特别是在准确度、长期稳定性和可靠性等方面都有了很大的提高。 静态商用秤已做到 OIML 规定的3 000 d, 最高可做到6 000 d;在稳定性方面要求1 年内不允许超差;在可靠性方面称重传感器在正常使用条件下的寿命一般在 10 年以上, 仪表的平均故障间隔时间(MTBF)都超过了2 000h, 有些产品达到了5 000 h;工业用电子秤的准确度一般能做到0.1%～ 0.3%左右。

2.1　 称重传感器

称重传感器是电子称重的核心部件, 从原理上分为电阻应变式、压磁式、振弦式等。电阻应变式称重传感器因制作简单、工艺成熟、准确度高(最高准 确度 目前 可做 到非 线性、重复 性、滞后 指标 优于0.01%), 占据着称重传感器 90%以上的市场份额。 电阻应变式称重传感器用于静态、动态条件下质量或力的测量, 在工业生产过程检测、控制、自动称量等领域已大量应用。 随着工业控制系统向数字化发展, 近几年来数字式称重传感器被开发并已得到应用, 数字式称重传感器可由微处理器对常规桥路进行补偿和调整, 进行非线性、滞后、蠕变等性能的修正, 从而大大提高称重传感器的性能。 由于它直接输出数字量, 大大提高了传输中的抗干扰能力, 并使得与计算机的通信极为方便。 由于取消了仪表中的模拟放大、A/D 转换等环节, 使仪表大为简化。压磁式称重传感器的代表厂家是 ABB 公司, 该传感器输出功率大, 过载能力强, 可在高温、潮湿、多尘等恶劣环境条件下长期工作。
振弦式称重传感器的代表厂家是瑞士哈斯勒(HASLER)公司, 该公司采用的 SFT 振弦式称重传感器的电子皮带秤已在国内有较多应用。 这种称重传感器的特点如下:重复性、线性为满刻度的 0.01%, 稳定性为 0.03%, 与电阻应变式称重传感器的指标大体相当;微小的被测力变化可产生较大的频率变化,分辨率高达百万分之一, 灵敏度高;直接数字称重, 被处理的信号及输出信号都是数字信号, 处理过程无 A/ D、D/A 转换 , 运算精确度高;抗电气干扰、抗振动干扰能力强;传感器内装有温度传感器, 温度补偿灵敏度可达 0.000 1%/ ℃;非位移式测量原理, 测量过程几乎无位移发生, 不影响秤架的校准状态;有动态过载保护装置;最多 15 台传感器可在同一根串行总线上传递信号, 最大传送距离为 500 m, 因此, 这种称重传感器是未来传感器发展的一个方向。
 

2.2　 秤架

2.2.1　 单杠杆式秤架

只有一组称量杠杆, 其上支撑了一组或几组称量托辊, 秤架通常由称量杠杆、支点、平衡重物等组成, 结构较简单, 但称量准确度不高, 精度通常为 1%～ 2%。

2.2.2　 双杠杆式秤架

由对称的两组称量杠杆组成, 每组称量杠杆上支撑了一组或几组称量托辊, 秤架结构复杂, 秤体庞大, 但它的两组称量杠杆在称量过程中可以抵消一些水平分力(如皮带张力 、皮带跑偏引起的侧向力)对称量精确度的影响, 所以秤架性能稳定, 称量精确度较高, 精度通常为 0.25%～ 0.5%。

2.2.3　 悬臂式秤架

通常是在专用的短皮带输送机上采用, 短皮带输送机的整体只由支点和称重传感器承重, 这种秤架只用于尺寸短小的定量给料机或专用的计量皮带秤, 称量精确度中等, 精度通常在1%左右。

2.2.4　 悬浮式秤架

悬浮式秤架类似静态称重的称重平台, 称重平台上支撑了一组或几组称量托辊, 它的特性优于上述其他各种结构形式的秤架。 比如美国拉姆齐(RAMSEY)公司在有 4 组称量托辊的秤架中, 17型双杠杆式准确度指标为 0.25%, 而 14 型悬浮式准确度指 标为 0.125%。 悬浮 式秤 架的 精 度通 常 在 0.125% ～0.25%。 国内铜陵三爱思公司的单托辊秤 SSS -50ICS、徐州三原公司的单托辊秤 ICS-30A 都采用了无支点、无杠杆、双称重传感器的悬浮式秤架结构。 从总体性能来看, 悬浮式结构的秤架将是未来秤架的一个发展方向。

2.3　 称重仪表

称重仪表从早期的模拟式仪表, 发展到现在的微机式仪表。 仪表精度从 0.1%、0.05%发展到 0.01%。 微机式仪表有单片机、PLC、工业 PC、嵌入式 PC 等形式。 微机式称重仪表采用了低漂移高增益放大器、高分辨率 A/D 转换器、闪存、电可擦存储器和非易失性随机存储器、RS-232/ RS-485 通信标准、现场总线等技术, 使其性能和功能都有了很大提高。 同时, 还应用了∑ -Δ调制型模数转换器和印刷电路板的表面安装等新技术。 这些新技术的采用, 进一步提高了称重仪表的性能和可靠性, 并为仪表小型化创造了有利条件。 在性能上已能做到:非线性优于 0.01%, 灵敏度优于 0.2 V/ d, A/D 转换速度一般为10～ 30 次/ s, 用于动态称重时可达 100 次/ s 以上。 功能上包括:各种参数的设定, 如分度值、量程、校准参数、计算系数、皮重等设定;零点自动跟踪;自动去皮;量程自动校准;动态检测;开机自检和故障诊断;停电数据保护;超载报警;非线性补偿;以及毛重、净重、皮重和累加值的显示等。 为了便于与计算机通信, 现在的称重仪表都配有输入/ 输出接口, 如 RS-232C、RS-485、20 mA 电流环、模拟量(4～ 20 mA)以及继电器输出等。为了适应各种应用的需要, 当前称重仪表发展的一个趋势是:通过硬件或软件的积木式组合来实现不同的功能需求。 称重仪表另一个发展趋势是小型化。 小型或微型仪表主要用于小型生产设备和移动的称重系统中, 例如定量包装秤、叉车秤、货车秤、可移动的台秤等。

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