一概述
自从20 世纪,40年代初"利用粘贴式电阻应变计的模拟式称重传感器问世以来" 经过-* 多年的种种改进与发展"从结构设计$制造工艺到综合性能指标$稳定性和可靠性都达到较高的水平"在各种电子衡器和称重计量与控制系统中得到了广泛的应用! 随着科学技术的进步"工业过程自动化水平的提高" 特别是数字技术与信息技术的发展"在称重计量与控制系统中"应用数字技术与数字系统的需求愈来愈多"对衡器行业提出了电子衡器数字化$智能化"用数字称重系统突破模拟称重系统的局限性等要求! 众所周知"数字称重系统要求称重传感器和称重仪表系统以数字形式输出! 目前在用的模拟式称重传感器"由于电阻应变转换原理决定了无论采用何种电阻应变计进行制造"其本身都不能产生具有数字特征的输出信号"而且存在着输出的模拟信号小"一般为+*.,!/0#传输距离短#抗干扰能力差称重显示控制仪表复杂#安装$调试不方便等先天缺陷! 根本适应不了电子衡器数字化$智能化的要求! 因此"引起了人们对模拟式称重传感
器与数字称重系统接口和数字式智能称重传感器的重视"国外一些著名称重传感器生产厂家"对此开展了许多研究工作"并取得突破性的科技成果"开发出多种具有自主知识产权的产品。
早在1983年为适应工业过程自动化的需要"美国公司就引入了数字式; 概念并逐步将其应用于称重领域! 致力于研究采用微处理器技术$数字补偿技术"使其与传统的应变式称重传感器技术相结合" 经过多年的努力"开发出摇柱型数字式智能称重传感器!美国>$> 公司也在12## 年全美衡器展览会上"推出了整体型数字式智能称重传感器! 两者都是以模拟式称重传感器的基本原理为基础" 利用现代电
子技术及计算机软件技术而开发出的新型称重传感器。即在模拟式称重传感器内部增加放大滤波转换微处理器芯片和温度敏感元件等多个元器件"利用标度变换"数字滤波"数字调零"数字补偿等技术与工艺制造完成! 数字式智能称重传感器的制造工艺"检测项目"试验方法"配套的称重仪表与模拟式称重传感器有很大区别!因此"数字式智能称重传感器是与称重仪表等共同研制开发的一项系统工程!
数字式智能称重传感器具有输出信号大"数字信号是一组组高低电平信号"有格式#有规律的组成"一般为"!"$抗射频电磁场辐射等干扰能力强信号传输距离远"一般可达#!$%"附加电源后可超过安装调试方便易实现智能化控制等特点"完全克服了模拟式称重传感器的缺点"是数字化电子衡器#自动称重计量与控制系统#需要自动校准的称重系统#复杂结构的各类配料秤容积秤和超大型电子衡器的首选产品!
从电子衡器的品种结构用途上看"数字式智能称重传感器" 不可能完全取代模拟式称重传感器"在今后一个比较长的时期内"模拟式称重传感器"仍然是称重传感器发展与应用的主流! 但我们必须重视并认真研究数字式智能化称重传感器及其在数字称重系统中的应用!
二数字化与数字式称重传感器的区别
模拟式称重传感器的被测重量参数虽然最初是由敏感元件以模拟形式给出"但都还要转换成模拟电压或模拟电流! 在制造工艺#电路补偿与调整#信号调理# 模一数转换等方面已经积累了很多经验"因而应用面比较广泛! 但其输出信号小"传输距离短"抗干扰能力差"各补偿项目交互作用"电路补偿与调整工艺复杂"不但耗时费力而且补偿精度较低等缺陷"决定了模拟式称重传感器向数字式智能化方向发展"只能寄生于应变电桥之外的数字转换单元"变模拟信号为数字信号! 因而"出现了两种数字转换途径"一种是将模拟式称重传感器的输出信号"通过安装在其内部的数字变送器"变为数字信号输出"通常称为数字化称重传感器! 即%模拟式称重传感器’数字变送器!数字化称重传感器数字变送器可以作得很小" 称为数字变送模块"一般都将它固定在模拟式称重传感器的接线盒内"即方便调试又有利于密封! 数字化称重传感器的力学和温度性能指标"都是以模拟式称重传感器制造工艺和电路补偿与调整技术为基础的"数字变送器只是将模拟输出信号数字化"并不能提高各项性能指标! 相反"如果数字变送器质量不佳"还会损失一些固有的性能"因而生产厂家通常挑选那些电路补偿精度高"综合性能好的模拟式称重传感器进行数字化处理!
另一种是彻底脱离模拟式称重传感器的制造工艺和传统的电路补偿与调整技术"开发新型的数字式智能称重传感器! 它是在弹性元件贴片#固化#后固化和布线组桥后"就脱离模拟式称重传感器的制造工艺! 通过由放大"滤波"()* 转换"微处理器芯片"温度敏感元件等元器件组成的数字式电路"以及标度变换"数字滤波"数字调零"数字补偿等软件技术"使称重传感器输出的数字信号成为一组组有格式#有规律的高低电平信号"经过效率高#可靠性好的接口实现远距离传输! 即%弹性元件电桥电路+数字式智能化电路’数字补偿技术与工艺!数字式智能称重传感器典型的模拟式称重传感器系统的模一数变换器只有#&&,-./比特0"即有!$$$$ 个可用计数"而数字称重系统中的每一个数字式智能称重传感器的分辨率为1$&,-."即有个可用计数! 所以"一个由2 只数字式智能称重传感器组成的数字式称重系统"可以提供可用计数的分辨率! 这种高分辨率对数字称重系统"特别是对那些大的死载"小的活载的称重系统是至关重要的! 这在传统的模拟式称重传感器组成的称重系统中是很难实现的!模拟式称重传感器"基本上是手工化生产"人为的因素对产品质量影响较大! 零点温度"灵敏度温度"线性#滞后#蠕变等补偿方法和补偿工艺还不够完善"各项补偿之间交互作用"不可避免的产生残余误差"限制了准确度和稳定性的进一步提高!数字式智能称重传感器"基本上是自动化生产"人为的因素对产品质量影响很小! 其数字调零"标度变换"温度补偿"线性#滞后#蠕变补偿等"都是通过内部的微处理器收集#处理并存储各种数据! 由于采用’数据库(技术"使得微处理器能不断的对数据进行识别和校正"使其具有更多的智能"发挥更大的作用! 可见数字处理电路和软件设计是实现数字补偿技术与工艺的重要环节!
三数字式智能称重传感器
数字式智能称重传感器有两种实现方法或者说有两种结构形式"即整体型和分离型!
3整体型数字式智能称重传感器
如前所述" 在称重传感器内部安装有放大#滤波
4* 转换"微处理器芯片和温度敏感元件等组成
的数字处理电路"利用微处理器芯片已存入的软件"实施各项数字补偿工艺!进行综合性能测试和检定!最后采用电子束焊或激光焊进行密封" 因数字变换与补偿电路和称重传感器为一整体!故称为整体型数字式智能称重传感器"数字式智能称重传感器的制造工艺完全不同于模拟式称重传感器" 主要是两个环节!其一是在弹性元件组成惠斯登电桥电路后!通过试验#测试#建立数字补偿技术与工艺要求的各补偿项目的数学模型!形成便于程序化计算的公式!便于编制成补偿计算软件" 主要是线性补偿!蠕变补偿!零点和灵敏度温度补偿等数学模型" 因为!数字补偿技术与工艺是建立在合理的物理模型和数学模型基础上!给出准确#可靠的数学模型是保证数字补偿精度的前提"其二是根据数学模型编制出简单#实用#有效的补偿计算软件!存储在微处理器芯片中进行各项误差修正与补偿" 软件技术主要有$数字滤波技术一称重传感器的模拟输出信号!经!"# 变换后进入微处理器时!常混进尖脉冲之类的随机噪声干扰!必须予以削弱和滤除%标度变换技术&称重传感器的模拟信号!经!"# 变换后得到一系列的数码!必须将其换算成带有量钢的数据后才能运算#显示%数字调零技术一采用各种程序来实现零点漂移#增益漂移等偏差校准%温度补偿技术一建立表达温度的数学模型$如多项式等%!用差值等数学处理方法!便可有效的实现温度补偿%非线性补偿技术&根据测得的特性曲线!进行分段插值!只要插值点数取得合理和足够多!就可获得优良的线形"
 我国数字式智能称重传感器的研究开发始于!" 世纪#" 年代中后期!在短短几年时间里!研制出安装在模拟式称重传感器内部的小型数字化单元!完成了模拟信号与数字信号之间的转换!变模拟式称重传感器为数字化称重传感器!并应用于大型电子汽车衡和电子配料秤等小型称重系统中!取得了较好的测试结果" 近年来!又在数字化称重传感器的基础上!研究与实践数字式智能化电路!数字补偿技术与数字补偿工艺!开发整体型数字式智能称重传感器和分离型模块化数字称重传感器系统!已经取得了阶段性成果" 可以预计!很快就会在电子衡器数字化和数字称重系统中!见到国产的数字式智能称重传感器和模块化数字式称重传感器系统"。

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