1、毕业论文文献综述 机械设计制造及其自动化 数字称重计量系统设计 一、 研究现状和发展趋势 电子衡器是指配有电子称重装置的衡器，主要由称重传感器、承载器、称重仪表这3 部分所组成。其主要的工作原理是将作用在称重承载器上的力传递到称重传感器上，并将其转换成与之 相 对应的模拟信号（电压或电流），输出的模拟 量 信号再 经过 A/D 转换器转换成数字 量 信号，并在仪表盘上显示出来。 我国是从 20 世纪 60 年代中期开始研制并生产电子秤 的 ，模拟指针式的电子秤 是 早期电子秤主要 形式 ， 20 世纪 80 年代中后期开始发展为数字式， 20 世纪 90 年代末至 21世纪初已研制开发出微机式
2、电子秤。而数字化传感器的推出则是在 80 年代末，美国SENSORTRONICS（ STS）公司在 88 年全美衡器展览会上首次推出了一种能将 A/D 转换器放置于普通应变式称重传感器中的数字传感器，即整体型数字传感器，这种传感器在美国市场备受瞩目。 应变式称重传感器生产的工艺环节比较多，工艺比较复杂，尽管投入了大量 物力 、人力 及精力，调整 了 像灵敏度、温度、零点、滞后、非线性、蠕变等性能的补偿及四角误差 等的问题 ，但 是要达到 高质量的要求 ， 补偿技术的设备却 还难以做到 ，普遍存在着质量成本和生产成本一直 居高不下的严重问题。然而随着电子技术的飞速发展，以及单片机 技术 的普及
3、化 ，数字化称重传感器也就应运而生。它是 一种 将现代电子技术及计算机软件技术 与 传统应变式称重传感器相结合而发展起来的新型 的 电子称重技术。它采用的称重技术是在传感器内部采用 了 高智能化、高集成化的处理单元，将模拟重量信号进行 A/D 转换，自动对应变式称重传感器的滞后、零点、非线性、温度、蠕变性能等进行数字化补偿，最后输出数字信号。 电子技术的飞速发展 也使 衡器数字化 得到了大大的发展 ，但电子衡器却 还 仍处在模拟电子技术的水平。在称重仪表 与 数字称重传感器产品 的开发过程中，软件自动化补偿技术及其 A/D转换技术的重复和混乱使用，造成 了 器件资源的严重浪费，增加 的 外围电
4、路，系统软件的不统一 和 不完善， 使得 产品成本增加 了不少 ，不能真正实现电子秤的微型化、低功耗、智能化和高可靠性的目的。自 1986年大面积推广单片机技术以来，我国在单片机的应用、开发方面积累了 非常 丰富的实践经验，培养和造就了大批的 传感器方面的 技术人才。单片机已经成为计算机网络 、 智能仪器仪表、工业测控 与 通信设备领域1 中最为理想的控制用微型计算机。所以说单片机 的 开发技术、应用 技术 已成为从事称重仪表、称重传感器专业的 工程技术人员不可回避的一项 非常 重要技术手段。 由于原来的模拟式称重传感器的电阻应变转换原理决定了其固有的输出模拟信号小、抗干扰能力差、传输距离短以
5、及安装调试都不方便等缺点。因此，人们早在二十世纪八十年代初就引起了对模拟式称重传感器缺点的高度重视，人们都在想能不能在不改变电阻应变式称重传感器称重机理的基础上，使上述缺点变为优点。为此国外一些称重传感器制造商推出了第一代“数字化称重传感器”，即把原本放在称重仪表内的 A/D转换电路 与 放大电路，放置于称重传感器罩壳内或附近的接线盒内。数字化传感器主要由数字变送 和 模拟 式传感器两部分组成。 上述传感器由于输出的是数字信号， 所以就 克服了模拟式称重传感器的信号小、抗干扰能力差、传输距离短等 的 缺点。但是其自身的制造、补偿、调整工艺决定 了 传感器的 各项 性能指标。也就是说，如果传感器
6、自身的补偿、制造、调整工艺 不合格 ，要靠数字信号的改变来补偿和提高整个传感器的力学与温度指标（注意不是数字变送电路自身的温度指标）是不可能的。目前众多的国内企业制造商 与 外资企业制造商主推的产品都属于此种类型的传感器，而此类传感器并没有突破原有功能。保证所设计和选用的数字变送电路以及器件不能降低整个传 感器的温度 与 力学性能指标 成为了 要做到第一代“数字化称重传感器”的难点，也就是说必须使数字变送电路本身的温度漂移和时间漂移不影响传感器自身的补偿、制造、调整工艺所决定的力学与温度指标。另外，一些制造商虽然在局部的功能上有所改进。但总体上还是属于第一代“数字化称重传感器”。本阶段的数字化
7、称重传感器主要特点是不改变传感器自身原本的制造、补偿、调整工艺，仅将原先在称重仪表内的 A/D转换电路移至传感器内或接线盒内，实现称重数字信号的传送。 最新第三阶段的数字智能化称重传感器已应用于各种智能化闭环系统中以控制多用途、智能化多分量测量以及高速动态数字信号处理和网络通讯等场合，其发展趋势主要包括： (1)智能化闭环控制 智能化闭环系统控制主要是指可以应用于各种高速高精度动态自补偿称重 、 智能化闭环等应用场合的控制系统。例如动态高速数字智能化称重传感器，除了用于标准的称重过程以外，还提供了定量灌装 、 分选等多用途 的 控制功能。内置信号处理模块使它可用于高精度 、 快速的称重 环境
8、。对于外部因素而引起的振动，称重传感器自带数字滤波器，可以消除这些振动所引起的误差。有些内置可编程的滤波器还能允许客户根据不同2 的应用方式以改变滤波的参数。 (2)智能化多参量控制 智能化多参量测量是指称重传感器除了自身具有检测重量信息的功能之外，还能同时检测其它多参量信息。例如：完成动态加速度自动修正功能 ； 电子吊秤传感器可检测加速度 功能 ；汽车检测平台用称重传感器 功能等 ，除了可以检测垂直方向的重量信息 外还可以检测水平方向的侧向载荷，即多分力测量。 (3)高速动态信号处理技术 工业过程控制系统中，数字技术向网络化、智能化、开放性、信息化方向迅速发展。在利用目前工业过程控制系统中最
9、为热点的现场总线控制系统 FCS 中的工业控制软件的数据处理方法，首先救市对系统中的传 感器结构以及数据处理的特性进行了分析，提出了 FCS 的数据处理方法，据介绍该方法对处理平稳传感器数据和非平稳传感器数据都具有适应性。 可以看出，数字式智能化称重传感器已从原本传感器的单一检测 和 单一功能向多功能和多参量检测方向发展，由孤立一次仪表向系统化、集成化、网络化的方向发展 ， 由开环数据传送向主动闭环数据控制和信息处理 方向发展 ，这应该是我国数字式称重传感器制造行业目前和今后的主要发展方向。 国外数字计量系统发展现状 美国 SENSORTRONICS/STS（ STS）公司是世界上最具实力和规
10、模的专业传 感器制造厂商，它在 22年推出了整体型数字传感器。但随着市场对数字传感器实用性和可靠性要求的不断提高 和时间的推移 ，整体型数字传感器开始逐步露出由于结构设计所产生的技术缺陷，主要表现为： （ 1） 连接和布线都较为复杂，对于欲将数字信号进行远传的系统来说，如果需将数字信号远传 10000 米，则要求每只传感器均需连上 10000 米的电缆，使得施工连线非常复杂；此外如果将电子线路置于传感器内部则会降低传感器的防爆等级 （ 2） 将复杂的 A/D 转换电路置于传感器内部，并且与传感器同时工作在潮湿、充满粉尘、充满易燃、易爆介质的环境中，会 降低整个传感器工作时的可靠性。 （ 3）
11、制造和维修成本较高，整体型数字传感器中无论是应变部分或电子线路故障部分均需要更换整个数字传感器。 在九二年 ， 美国 SENSORTRONICS/STS（ STS）公司在总结市场需求 和 经验的基础上 推出了 模块化数字传感器系统，取代 了 早期推出的整体型数字传感器， 成为 当今最先进的电子称量技术之一，在美国倍受广大用户的欢迎，目前在数字传感器市场上占有很大份3 额。 模块化数字传感器系统主要是指将原先在传感器内部的 A/D 转换电路移至接线盒内，通常将具有 A/D转换模块的接线盒称之为 数字接线盒，再将数字接线盒输出的数字信号传递给显示器。这一结构大大改善了 A/D 转换电路的工作环境，
12、其特点如下： （ 1）具有数字称重传感器的全部特性，配置灵活而且方便。 (2）模块化数字传感器系统较整体型数字传感器系统的可靠性，稳定性都得到了大大提高。 （ 3）布线简单，从显示控制器到数字接线盒只需一条电缆线。 （ 4）配接普通应变式传感器，系统维护容易，并且制造成本低，采用模块化数字传感器系统可在不改变原有衡器结构和传感器的基础上实现电子衡器的数字化功能。 二、 主要成果 1便携式计价电子秤的研制 杭 州应用工程技术学院 陈寿法 电子应用技术 1997年第四期 2无线遥控电子秤 北满特殊钢股份公司 常红专 工业 计量 , INDUSTRIAL MEASUREMENT, 1996 年 05
13、 期 3 袖珍多功能电子秤 企业技术开发 , Technological Development of Enterprise, 1994 年 02 期 三、 存在问题： 电子秤是一种精密仪器，对于电子秤中的电路板 ,应随时保持清洁 ,没有各种粉尘杂物 ,如有受潮现象 ,可以在干燥后 ,涂刷一层绝缘的清漆 ,就可以达到保护电路板 ,提高电路的防潮绝缘性能的作用 ,各种接插件应接触良好 ,导线应无接触不良或漏电的现象。电子秤 (仪表 )的壳体基本上要使用塑料制品 ,所以在日常使用时应注意远离具有腐蚀性的溶剂及气体 ,这样可以延长电子秤的使用寿命；还应尽量避免强力撞击 ,挤压等现象的发生；随时保持清
14、洁 ,发现问题及时解决。电子秤还可能存在误差问题，由外部环境挤压或振动等其他原因造成。 参考文献 1赵广平，孙雯萍，孙建军 . 仪表技术与传感器 . 中船重工集团公司第七研究所 .2007 2程勇 .电子衡器的技术现状与发展趋势 .陕西省榆林市计量测试所 .2009 3张钟华 .计量测试技术的新动态 .中国计量学院学报 .2009 4岳建疆 .计量测试技术在电子衡器中的应用 .百科论坛 5张延温，武君婷，苏阳 .浅谈数字称重传感器的技术现状与发展趋势 .2003 4 6刘平 .如何选择与固定式电子衡器相兼容的称重传感器和数字称重显示器 .2010 7周祖濂 .数字称重系统 -称重技术新概念 .
15、中国计量科学研究院 .2005 8臧衍乐 , 张得昆 .称重信号数字化模块设计 .西安工程科技学院 .2005 9王琦 .电阻应变式称重传感器的设计 .2005 10 X. Li， CJ. C.M.M eager. Elimination of Shunting Conductance Effects inn Low-Cost Capacitive一 Sensor Interface. IEEE Trans. Instrument. Means， 2000 11Japan Ltd.ADC0808/ADC08098-Bit P Compatible A/D Converters with 8 -Channel Multiplexer.2002
