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国内称重仪表的应用现状及发展趋势

来源:网络转载更新时间:2020-09-09 10:13:29点击次数:3055次

—、引言
称重仪表,是衡器行业内重要的产业分支。其作为信号转换、信息处理和控制系统相集合的产物,在各类商业衡器或工业衡器中,称重系统等都作为核心部件或系统出现。因此,可以说称重仪表的技术水平和发展理念在某种程度上可以映射出整个衡器行业的发展现状及趋势。作为一位普通衡器人,从业时间短、视野狭窄,仅从一个关注者的角度谈谈对称重仪表行业发展的个人体会,供大家参考指正。
二、称重仪表行业现状
称重仪表从行业角度来看,是衡器行业的分支;从产业角度看,属于信息产业领域中仪器仪表行业。我国仪器仪表行业的基本特点是门类比较齐全,布局比较合理,具有相当的技术基础和生产规模。在亚洲,我国是除日本以外第二大仪器仪表生产国,在发展中国家中位列第一。从技术水平上看,我国称重仪表还处于发达国家20世纪90年代中后期水平。中低档产品品种基本齐全,能够规模生产,质量基本稳定,可以满足国内市场要求,且有批量出口。但高端仪表的研发和生产,国内虽有一些企业涉足,但主要还是依赖进口或国内的外资企业,称重仪表行业也具有同样的特点。在国内,在模拟称重仪表、中低端静态仪表、中低端系统集成等领域,国内企业已经具备较强实力,基本实现国产化,国外品牌或外资独资企业的产品市场份额很小。但在高端仪表市场,美国和日本产品独占鳌头。比如梅特勒-托利多和日本寺冈等公司产品,国内产品与此相比仍有较大差距。
三、称重仪表的现状
称重仪表是集称重传感器技术、计算机技术、通信技术、测量与控制技术、软件编程技术、材料技术、现代制造技术和工艺通程技术为一体的综合类技术产品。随着称重技术由静态称重向动态称重发展,计量方向由模拟测量向数字测量发展,测量特点从单参数测量向多参数测量发展,称重仪表逐渐向快速称重、动态称重和高精确、
高稳定性方向发展。但就总体而言,我国电子衡器产品的技术、质量水平与工业发达国家相比还有较大差距。
虽然我国在中低端应用仪表领域基本实现国产化,但总体特点是品种单一、同质化现象严重。作为多技术集合的应用型产品,很多仪表生产制造的模板基本都来自欧美和日本仪表。在完成基本的消化吸收和应用移植之后,当多数企业基本具备了生产有一定稳定性和可靠性产品的能力时,就迅速将主要资源放在市场拓展上。称重仪表领域的产品竞争迅速演变成价格竞争和规模竞争。仪表企业在研发和产品上的资源投入有限,整体显示出开发能力不足,创新能力低的特点。与国外产品相比,国产称重仪表在技术、生产工艺装备、测试等方面仍有一定差距。开发能力不足、产品单一、功能不全、稳定性和可靠性不高等现象仍较普遍。
四、未来发展方向
作为一种多技术交叉的产品,称重仪表技术的发展与相关技术的应用关系密切。近二十年来,微电子技术、计算机技术、精密制造技术、集成技术、纳米技术、激光技术、网络技术等得到迅猛发展;测试计量系统中的新原理、新方法和新制造工艺在信息学的影响下也不断涌现。在这一背景和形式下,不断向称重仪表提出了更高、更新、更多的要求。比如在仪表性能方面,要求高可靠性和高准确性、高稳定性和使用方便、低功耗(绿色环保)等;仪表综合应用及能力正向着计算机化、网络化、智能化、多功能化和虚拟化方向发展。产品本身也体现出小型化、模块化的特征等。
(一)高可靠性
高可靠性是仪表性能的重要指标,对仪表做出正确决策极为重要。现代信息技术、微加工技术和软件模型的创新,都为仪表的高可靠性提供了支持。仪表的高可靠性有软硬件两个方面。在硬件上,一方面,微加工技术的大大进步,提高了仪表系统的极端条件耐受性和兼容性。另一方面,出现了通过运用冗余设计,提高仪表测控系统可靠性、并确保仪器在发生故障时可在短时间内迅速替换故障模块,甚至可不影响测量任务的实行。
在软件系统中,不断涌现新的模型构建和数据处理技术。仪表不再仅仅处理单一信息,而是将各种信息集合、比较、判断,使测量结果具有高可靠性。在称重仪表领域,客户很关注称重数据的可靠性,为此仪表设计人员采用各种技术手段对数据采集及处理过程加以保护。一是在数据采集和数据存储的可靠性上下功夫,引入多种数据存储防护技术,防止数据丢失;二是采用加密传输、制定特定通信协议等措施提高数据传输的可靠性;三是其他降低仪表被作弊可能性的措施等。这些手段综合应用,为最终测量的结果高可靠性提供了支持。
(二)    智能化
智能化是21世纪称重仪表技术发展的一个重要发展方向。通过采用大规模集成电路技术,微处理器技术,接口通信技术,利用嵌入式软件协调内部操作,使仪表具有智能化处理的功能,在完成仪表常规处理功能的基础上,使仪表具备故障诊断、监控、工业过程的自适应控制等功能。在称重仪表中,越来越多的采用以Windows/CE、Linux等嵌入式系统技术,越来越多的仪器仪表设备上具备了计算机的接口,如USB接口、无线通讯接口、局域网接口等。测量的数据可通过USB接口存储在可移动存储设备中,使用这样的仪器仪表设备和操作一台简易电脑如出一辙。在这类应用中,仪表已不再只承担简单的称重测量功能,而是作为系统网络中的一个重要节点,其齐备的接口可连接多种现场测控对象、执行设备,在过程控制系统主机的支持下,通过网络形成具有特定功能的测控系统,实现多种智能化的操作。
在茉乗,多媒体技术、人机交互、模糊控制和人工神经元网络等新技术在现代仪表中会得到广泛应用。这些技术的应用,将使仪表从数据处理层面向知识处理层面升迁,以逻辑判断、命令识别、自诊断、自校正、自适应和自学习能力为代表的仪表智能化水平将不断攀升。作为仪表行业中一个细小分支,称重仪表的发展也会融入到智能化的大潮中来。
(三)    网络化
20世纪90年代,计算机应用技术的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、民生、军事等社会活动都带来
了巨大变革,同样对给称重仪表产生了重大影响。
在大型集贸市场贸易结算与工业控制等领域,称重仪表和网络技术结合的系统产品已被愈来愈多的运用。在我国,正进行的标准化菜市场建设项目中,智能称重终端与计算机网络系统结合,实现了登录、验证、数据采集和归集、结算、远程监控和故障判断等重要功能。管理者和用户通过这个网络可方便地满足各自的需求。在工业控制领域,因为集中测控越来越不满足复杂、远程和范围较大测控任务的需求,必须组建一个可供各现场数据共享的网络。现场总线控制系统(FCS)正是在这样情况下出现的。它是一种用于各种现场仪表与中央控制之间的,一种开发、全数字化、双向、多站的通信系统。目前现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式,它为过程测控仪表的发展提供了重要的发展机遇。HART、Probifus.WorldFIP、CAN等总线都从应用于某一领域不断向其他领域扩展。在国内的称重仪表上,现已陆续出现留有Probifus、CAN等总线接口的智能仪表。随着工业信息网络技术的发展,有可能不久将会出现网络结构体系为特征的新型仪表,即IP智能现场仪表。
(四)微型化
微型化兴起于20世纪80年代末,是指仪表向微型仪表和微观控制领域发展的趋势。该趋势主要依托微电子技术、微结构、微加工工艺和软件技术的融合。如MEMS技术,作为一种极具推广价值的微工艺技术,曾被列为美国“对国家安全及繁荣有重大影响”的22项重大技术之一。利用它,可实现“芯片上的仪表”。微型化的难点并不简单在于将尺寸缩小,而是在材料、机构设计、加工方法和测试定位、软件驱动等方面都要采用特殊的解决方案。
随着仪表或测控器件体积减小,集成度提高,功耗降低,运动灵活等不断完善,其可以进入到很多极端空间中并稳定工作。在称重仪表中,有个简单的案例一数字模块。数字模块算一个非常初级的微型仪表。它虽然体积很小,但在功能上可基本实现一台简单仪表的功能。利用它,可以与传感器结合或控制模块结合进入分布式控制系统中,或与其他功能模块结合组成便携式系统。类似的应用将极大地拓展称重仪表技术的适用空间。
(五)模块化
模块化技术是为了适应日趋复杂的系统和灵活多样的管理需求而产生的。模块化技术以减少产品的开发和生产成本,提高不同产品间的零部件通用化程度,提高产品的可装配性、可维修性和可扩展性为特征。利用这些模块,可迅速方便地设计和制造出各种新的仪表产品。这种融合了电子和软件的模块代表了未来仪表的发展方向,即具有高度自主性、良好的协调性和自组织性的特点。
五、结束语
从发展趋势看,目前国内的产品水平较国外有一定差距,与国内快速发展的需求还很不协调。但随着全球同步发展的计算技术、信息技术、高性能器件、全球市场的开放和融合,加之国内称重仪表企业的快速兴起和政策引导等,为我国的称重仪表与衡器行业的发展提供了现实的机遇。在不远的将来,相信称重仪表的技术水平将有很大的提升,仪表制造企业也能有更快、更好的发展。

 

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