一、动态测量

    人们常常希望测力称重是在正常作业中同时完成的，即尽量不占用或少占用时间。例如在轧钢厂中，从坯料加热到轧制成材是一个连续的作业，为掌握加热过程中的烧损率及产品的成材率，要求在不干扰正常生产的同时，对钢材进行快速或短时称量。

    在港口吞吐货物的计量中，为不影响装卸速度，常常要求货物在输送或吊运过程中同时完成称量。此时无论是皮带秤上流经的散料，或是运动的吊秤下悬挂的货物，均处在运动状态。有时要对高速公路上行驶的汽车，或者铁道上运行的火车进行称量。有时要对活的动物，诸如牛群，医用小免等进行称量。有时要在运动的或振动的环境中，诸如在远洋轮船、飞机或货车上对物体进行称量。

    在机加工行业中，与加工中心相结合的柔性制造系统(FMS)，大大提高了机床的加工适

应性和加工效率。但刀具破损已经成为系统正常运行的主要故障，常常需要用动态测力仪来连续地监测回转刀具的运行状况。安装在机器人手臂与手爪之间的“关节”多分量传感器，在机械手操作肘提供三维的力和力矩，它也是在运动条件下进行测量的。

    所有上述情况形成了动态测力称重计量，它们的特征可以归纳为：

    (1)被测对象处于非静止状态，即被测力或称重的物体在运动；

    (2)测量环境处于非静止状态，即测力称重计量仪器置于其中的测量床身、台面或支架等在运动；

    (3)在短时内进行快速测量，即测量时间短于测力称重计量仪器的调定时间。

    为了进行快速、连续、准确的测量，求得被测量的稳态示值，就要求对测力称重传感器、信号处理系统、数据采集系统及由此而组成的动态测力称重系统进行正确的描述和分析，还要求削弱动态测力称重计量误差并进行动态补偿。比如对动态吊秤，有人提出为削弱纵向振动所致的高频干扰，可进行桥式动态补偿与阀值动态补偿；为削弱横向摆动所致的低频干扰，可进行三点式补偿等。

在研究动态称重计量时，通常的方法是同时或单独测出重物的加速度、位移与速度，然后用数值积分方法或直接方法求解称重过程的微分方程以求得重量。现时的方法则是把动态称重作为一个参数估计和预测问题来处理，即首先根据有关称重系统的先验知识，推导出一个含有未知参数的模型，然后用该模型去拟合称重过渡过程信号，从而获得最小平方误差意义上的参数估计。由于被测重量可以看成是称重过程的终值，它可以用模型参数加以估计或预测出来。

在动态测力称重计量方面，尽管传感器的最新硬件技术起着重要的作用，但是基于动力学系统模型的软件技术，对于设计动态测量的算法来说却是更为本质和更为重要的。这也就是说，应当利用测量系统的数学模型，把解决问题的主要精力放在软件方面，诚然，硬件和软件这两条途径，对于研究动态测力称重技术都是必要的。

二、  自动在线测量

    自1958年自动在线的连续称重装置问世之前，生产线上产品的称重或重量控制都是人工进行的，即定时取出，分别称量。这种“抽样检查”方法，显然已不适应当前高速生产、质量管理和切实保护消费者权益的要求。为了不触犯有关法规，比方在美国不触犯NIST44号手册和133号手册的要求，制造商们对直接销售的产品已开始采用100%重量检验的原则。如果不能进行在线自动称重，制造商宁可采用稍微超重装料，的原则，以防份量不足，丢失信誉。

    实际上，在生产过程中需要快速而简易地在线采集和校验统计数据，如果连续出现一组次品，生产者即应关闭生产线并立即检查原由。因此，传统的抽查方式已不再适用，有逐渐被在线检测取而代之的趋势。七十年代末微机引入称重计量仪表，给称重技术的发展注入了活力。当前，用于在线测量的，自动秤，已不仅仅是为了剔除重量不足的产品，更是为了进行重量控制、统计分析与处理。

称重计量仪表与计算机相联后可以编制出生产者想要的书面报告，例如实时计数的直方图，重量的标准偏差，运行的平均值，相关的参数报告、统计报告以及按时间、数量或重量分类的间隔报告等。因此，生产者可以在远离计量站的质量控制室里，通过遥控面板来改变参数，而不必再在生产线上来回走动，他甚至可以同时看管几条生产线。对于食品、化妆品、药品以及化工等行业而言，这种在线测量的自动秤无疑将使生产管理者的工作变得简炼、准确、安全而高效。

用于重量在线测量的自动秤主要有以下4种：

    (1)重力式装料自动秤。它是通过自动称量程序，把重量预定的、实际上是重量恒定的散状物品装入容器的自动秤，简称定量秤。它主要由一个自动给料器或者与一个或多个称量单元相关的装置，以及适当的控制装置与卸料装置组成。

    (2)抓料自动秤。它是对重量非预定的、分离的物品进行称量的自动秤，可以用于按重量对物品进行分类，例如检验秤、分选秤，也可以用于按重量对单个物品进行计价并打上标签，例如价格标签秤。

    (3)连续累计自动秤。它是安装在皮带输送机的适当位置上，对散状物料进行连续、累计称量的自动秤，简称皮带秤。

    (4)非连续累计自动秤。它是把一批散料分成若干份分离的、不连续的载荷，按预定程序依次称量每一份载荷后分别进行累计，以求得该批物料总量的自动秤，简称累计料斗秤。

检验秤是将不同重量的物品，按其重量与标称设定值之差，细分为两组或多组的抓料自动秤。分选秤则是按给定的重量范围，细分为若干组的抓料自动秤。皮带秤无需对物料按重量进行细分，输送机的皮带可按单一速度或多种速度运转。料斗秤在逐次称量时物料的重量通常各不相等，在确定每斗的实际重量后即进行累计。带有包装机构的定量秤，即是包装秤或灌袋秤。以上不向种类的自动秤，在重量的自动在线测量中各具特色，将发挥不同的作用。

三、模型化测量

    测力称重仪器作为一种常用的计量测试器具，可以认为近百年来经历了4个阶段；首先是半个多世纪的机械式的模拟仪器时代，接着是机电式的电气仪器和电子仪器时代，然后于七十年代末跨入近期的数字化仪器和微机化仪器时代，随之而来的便是九十年代开始进入了模型化测量(MBM)仪器的新时代。

    这是因为人们不仅要求得到测量结果，还要求对测量结果进行综合评价，即对被测的重量和力值进行状态估计、诊断或趋势分析。人们实际面对的，常常是需要实时测量的、多变量的动态过程或系统。所以，仅仅采用传统的测量方法及数值处理手段是不够的，而需要借助于模型建立和参数估计，以实现智能化测量。

智能测力称重仪器与微机化测力称重仪器的显著区别，就在于智能仪器中无论是学习、推理，判断或自适应等功能，均需要各种数学模型构成的知识层：

    事实上，利用数学模型或模型化测量的称重测力方法是很有前途的。它把测量视为一个过程，把计量仪器视为一个系统。根据事先掌握的信息即先验知识，以及实验获得的数据即

后验知识，利用系统辨识来建立计量仪器的数学模型，并通过相应的算法来处理数据和全面地描述仪器，从而对其性能进行状态估计，或通过软件来改善计量仪器的硬件环境。

    模型化测量为解决日趋复杂的动态测量问-题开辟了一条新路。例如，称重系统采用二阶系统的自回归滑动平均模型，借助于这个模型和递推的最小二乘法即RLS，即可由极短的称重阶跃响应，估计出模型参数和被称的重量。仿真计算表明，在输入端有白噪声干扰时，可用RLS估计出重量。该法要求的测量时间很短，通常不超过一个振荡周期即可得到良好的结果。

在微机化测力称重仪器中，也有引入知识模型而构成专家系统，即把优秀的测力称重专家的思维过程固化到测量程序的软件中，与计算机修正程序结合起来，进而提高计量仪器的测试能力和故障检测能力。由些可见，测量软件对于测力称重技术未来发展的意义不可低估。

 

 

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