地磅應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的原理決定了其本身不能產(chǎn)生帶有數(shù)字特征的輸出信號(hào)， 制約了它向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)、德國(guó)等一些企業(yè)將微處 理器技術(shù)、數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)與應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器技術(shù)相結(jié)合，研制出數(shù)字稱(chēng)重傳感器，推動(dòng)了 數(shù)字稱(chēng)重技術(shù)的發(fā)展。本文結(jié)合國(guó)外數(shù)字稱(chēng)重傳感器的發(fā)展思路與現(xiàn)狀，介紹了地磅數(shù)字稱(chēng)重傳 感器的工作原理與特點(diǎn)，數(shù)字稱(chēng)重傳感器的兩種實(shí)現(xiàn)方法，整體型與分離型數(shù)字式稱(chēng)重傳感 器的結(jié)構(gòu)，數(shù)字化稱(chēng)重傳感器用A/D數(shù)字模塊的工作原理與選用方法，數(shù)字式與數(shù)字化稱(chēng)重 傳感器的制造工藝，并簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字稱(chēng)重傳感器的應(yīng)用。

一、概述

應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的原理決定了其本身不能 產(chǎn)生帶有數(shù)字特征的輸出信號(hào)，而且還存在著輸出的模擬信號(hào)小，傳輸距離短，抗干擾能力差， 稱(chēng)重顯示控制儀表復(fù)雜，安裝調(diào)試不方便等固有 缺陷。應(yīng)用此類(lèi)稱(chēng)重傳感器組裝的各種模擬式地磅，也必然具有與其相同的局限性和無(wú)法克 服的一些缺陷，滿(mǎn)足不了超大量程地磅、 電子平臺(tái)秤，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的液罐秤、料斗秤、配料 秤和大皮重、小秤量的特殊電子秤的需要，特別 是不能實(shí)現(xiàn)某些智能化的功能。

自從1971年微型電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，其價(jià) 格不斷下降，功能不斷上升，使得微型電子計(jì)算 機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重顯 示控制器和微型電子計(jì)算機(jī)的結(jié)合，已成為稱(chēng)重 傳感器和稱(chēng)重顯示控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，必將促 使電子稱(chēng)重技術(shù)進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，這就 是電子稱(chēng)重系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化。

20世紀(jì)80年代中期，為克服模擬式稱(chēng)重傳感 器的固有缺陷，突破模擬稱(chēng)重系統(tǒng)的局限性，美 國(guó) TOLEDO(現(xiàn) METTLER TOLEDO)公司把“數(shù)字 式”概念引入電子稱(chēng)重領(lǐng)域，將微處理器技術(shù)、 數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)與應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器技術(shù)相結(jié)合， 研制出數(shù)字稱(chēng)重傳感器。美國(guó)STS公司、CARDI-NAL 公司， 德國(guó)HBM公司等也都開(kāi)發(fā)出具有本公 司工藝特點(diǎn)的數(shù)字稱(chēng)重傳感器。數(shù)字技術(shù)的納入不僅解決了智能化問(wèn)題，而且突破了模擬式稱(chēng)重 傳感器的準(zhǔn)確度極限，使技術(shù)性能指標(biāo)上了一個(gè) 新臺(tái)階，而且在其發(fā)展史上引起重大變革，并產(chǎn) 生了深遠(yuǎn)影響。

數(shù)字稱(chēng)重傳感器的硬件結(jié)構(gòu)，一般由模擬式 稱(chēng)重傳感器電路和數(shù)字處理電路兩部分組成。數(shù) 字處理電路采用高度集成化的微電子集成電路, 主要包括：信號(hào)放大器、模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器、微處 理器Cpi)、存貯器EproM、通訊接口和溫度 傳感器等。在軟件上，一般利用特定的數(shù)學(xué)模型 和數(shù)字處理技術(shù)對(duì)稱(chēng)重傳感器的零點(diǎn)、非線性、 滯后、蠕變、輸出特性和溫度特性等技術(shù)指標(biāo)進(jìn) 行軟件修正與補(bǔ)償。

數(shù)字稱(chēng)重傳感器的制造工藝、電路補(bǔ)償與調(diào) 整、技術(shù)性能檢測(cè)與試驗(yàn)方法以及與其配套的稱(chēng) 重顯示控制儀表與模擬式稱(chēng)重傳感器有很大區(qū) 別。因此，數(shù)字稱(chēng)重傳感器是與數(shù)字稱(chēng)重顯示控 制儀表共同研制開(kāi)發(fā)的_項(xiàng)系統(tǒng)工程。數(shù)字稱(chēng)重 傳感器與數(shù)字稱(chēng)重儀表系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)圖如圖 1所示。

從數(shù)字稱(chēng)重傳感器工作原理圖不難分析出，

原來(lái)對(duì)模擬式稱(chēng)重傳感器彈性元件的苛刻要求有 所減輕，而依靠軟件的幫助可以使稱(chēng)重傳感器的 技術(shù)性能大幅度提高。數(shù)字稱(chēng)重傳感器的技術(shù)含 量較高，突出的表現(xiàn)在：

（1）數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)稱(chēng)重傳感器傳的特性，建立準(zhǔn)確可靠的數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)字處 理技術(shù)對(duì)其線性、蠕變、溫度特性等進(jìn)行軟件補(bǔ) 償，提高了稱(chēng)重傳感器的準(zhǔn)確度和綜合性能指標(biāo)。

(2）軟件校正技術(shù)。采用模擬式稱(chēng)重感器電 路與數(shù)字處理電路一體化設(shè)計(jì)，數(shù)字稱(chēng)重傳感器的零點(diǎn)和輸出特性可以通過(guò)軟件自動(dòng)校正，確保輸出特性的一致性。

(3）數(shù)字化的信息傳輸技術(shù)。采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字 信號(hào)傳輸技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)輸出穩(wěn)定可 靠，傳輸距離遠(yuǎn)，米用RS485通訊，可達(dá)1200m。

(4）記憶功能。利用數(shù)字稱(chēng)重傳感器內(nèi)的數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)和記憶功能，使其既具有唯一的身份標(biāo)記與 特征參數(shù)以便單獨(dú)尋址，又具有自適應(yīng)、自校準(zhǔn)、 自診斷功能。

(5）現(xiàn)場(chǎng)特性。由于采用雙向、多接口的串行 通訊，使數(shù)據(jù)采集與控制在現(xiàn)場(chǎng)得以實(shí)現(xiàn)。采用 軟件運(yùn)算方法調(diào)整四角誤差，并可進(jìn)行無(wú)砝碼校準(zhǔn)。

二、數(shù)字稱(chēng)重傳感器的特點(diǎn)

數(shù)字稱(chēng)重傳感器具有如下特點(diǎn)：

（1）輸出信號(hào)大，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)； (2）采用cpu數(shù)字量化處理技術(shù)和數(shù)字補(bǔ)償技 術(shù)，對(duì)非線性、滯后、蠕變等特性進(jìn)行自動(dòng)軟件 補(bǔ)償，工藝簡(jiǎn)單、快捷，稱(chēng)重傳感器準(zhǔn)確度高， 采用群補(bǔ)與各補(bǔ)相結(jié)合的數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)，其準(zhǔn)確 度可達(dá)到10000個(gè)分度；

(3）內(nèi)裝溫度傳感器可精確補(bǔ)償溫度特性，補(bǔ) 償精度高，效果好；

(4）零點(diǎn)和靈敏度均由cpu數(shù)據(jù)處理完成，靈 敏度一致性可達(dá)0.01%,—致性好，便于互換，有 利維修；

（5）具有獨(dú)立的信號(hào)輸出，分辨率高，每只稱(chēng) 重傳感器20bit,相當(dāng)于1000000個(gè)可用計(jì)數(shù)，多只 同時(shí)使用其信號(hào)是疊加的，輸出信號(hào)大，信噪比高；

（6）多只組秤時(shí)，可采用軟件運(yùn)算方法調(diào)整四 角誤差，利用數(shù)字系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)，安裝調(diào)試方 便、省時(shí)；

（7）數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字稱(chēng)重傳感器的靈敏 度{補(bǔ)值，就可得到被稱(chēng)物體的質(zhì)量值，即通 過(guò)靈敏度的轉(zhuǎn)換，將質(zhì)量值準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 電量值，測(cè)量該電量值就可得到被稱(chēng)物體的質(zhì)量 值，其最底層的溯源器不是現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定時(shí)的砝碼， 而是試，室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)力源，這就是數(shù)字式地磅可以無(wú)砝碼檢定的理論基礎(chǔ)；

（8）現(xiàn)場(chǎng)特性好，由于采用數(shù)字雙向、多接入 的串行通訊，使數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)控制得以在現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)現(xiàn)。可自動(dòng)進(jìn)行“四角”或“邊角”平衡調(diào)整 和無(wú)砝碼校準(zhǔn)。

缺點(diǎn)：成本高，一旦出現(xiàn)故障只能整體更換。

三、數(shù)字稱(chēng)重傳感器的兩種實(shí)現(xiàn)方法

與數(shù)字技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了半數(shù)字化膜擬數(shù)字 混合方式和數(shù)字化全數(shù)字方式一樣，數(shù)字稱(chēng)重傳感器也同樣有兩種實(shí)現(xiàn)方法。

一種是模擬加數(shù)字的方法，就是將模擬式稱(chēng) 重傳感器的輸出信號(hào)，通過(guò)安裝在接線盒內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)字模塊，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出，通常稱(chēng)為 數(shù)字化稱(chēng)重傳感器國(guó)外稱(chēng)為簡(jiǎn)單型數(shù)字稱(chēng)重傳 感器 。

一種是全數(shù)字的方法，就是在彈性元件上粘 貼電阻應(yīng)變計(jì)組成電橋電路后，徹底脫離模擬式 稱(chēng)重傳感器制造工藝和傳統(tǒng)的電路補(bǔ)償與調(diào)整方 法，采用安裝在稱(chēng)重傳感器內(nèi)部的數(shù)字處理電路 和數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)與工藝，使稱(chēng)重傳感器的輸出為 數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)高效率、高可靠性接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距 離傳輸，通常稱(chēng)為數(shù)字式稱(chēng)重傳感器畫(huà)外稱(chēng)為 聰明型數(shù)字稱(chēng)重傳感器。

四、數(shù)字化稱(chēng)重傳感器

1.A/D數(shù)字模塊的工作原理

模擬式稱(chēng)重傳感器的被測(cè)重量參數(shù)雖然最初 由敏感元件以模擬形式給出，但還要轉(zhuǎn)換成模擬 電壓或模擬電流。在制造工藝、電路補(bǔ)償與調(diào)整、 信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換等方面已經(jīng)積累很多經(jīng)驗(yàn)， 因而得到廣泛應(yīng)用。但因其模擬信號(hào)輸出的固有 缺陷，滿(mǎn)足不了數(shù)字稱(chēng)重技術(shù)發(fā)展的需要，唯_ 出路是向數(shù)字式智能化方向發(fā)展。由于它本身不 能產(chǎn)生帶有數(shù)字特征的信號(hào)，所以只能寄生于應(yīng) 變電橋之外數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，變模擬信號(hào)為數(shù)字信 號(hào)，這就是數(shù)字化稱(chēng)重傳感器用的A/D數(shù)字模塊。 它同樣具備數(shù)字稱(chēng)重傳感器的特點(diǎn)，即對(duì)數(shù)字化 的稱(chēng)重傳感器進(jìn)行量化處理，互換性好；可以更 方便的與計(jì)算機(jī)等其他一些數(shù)字式處理儀表連接， 使用領(lǐng)域更為寬廣；可實(shí)現(xiàn)智能化四角誤差調(diào)整； 具有故障自診斷功能并且可以有效防止作弊；采 用數(shù)字化綜合誤差補(bǔ)償方法和數(shù)字式通信，增強(qiáng) 了有效信號(hào)在傳輸過(guò)程中受傳輸線路影響和環(huán)境 條件變化的抗干擾能力，提高了稱(chēng)重傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性。

由于A/D數(shù)字模塊多安裝在稱(chēng)重傳感器接線 盒內(nèi)，所以要求盡量做得小巧一些。A/D數(shù)字模塊 由濾波器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、數(shù)字信 號(hào)處理器和接口等組成。其工作原理簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

A/D數(shù)字模塊把外部提供給它的5?15Vdc、 <60mA工作電源變換成某個(gè)頻率的載波信號(hào)，輸 送給模擬式稱(chēng)重傳感器的應(yīng)變電橋，同時(shí)將電橋 輸出的模擬電壓信號(hào)，經(jīng)放大送入A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換 器。從此，數(shù)字測(cè)量信息在數(shù)字信號(hào)處理器中完 成諸如數(shù)字濾波、線性化、速率控制、零點(diǎn)、刻 度、同步、補(bǔ)償、均衡等處理過(guò)程，最終測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式通過(guò)RS—485或422接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的傳輸。通過(guò)零點(diǎn)校正處理和滿(mǎn)量程量化處理后, 使數(shù)字稱(chēng)重傳感器空載時(shí)輸出為零，在額定載荷 下輸出額定的數(shù)值(例如:1000000)。數(shù)字化稱(chēng)重傳 感器多只同時(shí)使用時(shí)，給每只稱(chēng)重傳感器賦予唯 一的地址編號(hào)，這樣主機(jī)以查詢(xún)的方式向每一個(gè) 稱(chēng)重傳感器發(fā)送指令并讀取信號(hào)。

A/D數(shù)字模塊提供20余條操作指令，上位機(jī) 通過(guò)這些指令可以設(shè)置其內(nèi)部控制參數(shù)，指揮它 執(zhí)行各種功能。其主要功能有自動(dòng)確認(rèn)初始零點(diǎn)、 零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤、穩(wěn)定狀態(tài)監(jiān)測(cè)、全量程去皮、毛/ 凈值切換、在± 2%FS范圍內(nèi)置零、測(cè)量速率選 擇、兩點(diǎn)標(biāo)定、設(shè)定顯示分辨度、通訊接口選擇 等，A/D數(shù)字模塊在稱(chēng)重傳感器中的安裝位置如圖 3所示。

2.A/D數(shù)字模塊的選用原則及技術(shù)指標(biāo)

為保證數(shù)字化稱(chēng)重傳感器具有優(yōu)良的技術(shù)性 能指標(biāo)，選擇好A/D數(shù)字模塊至關(guān)重要，尤其對(duì) 溫度性能應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試篩選。A/D數(shù)字模塊的選 用原則是：

（1）應(yīng)具備的基本性能指標(biāo)是“四個(gè)一百”即 數(shù)字信號(hào)分辨率2 100萬(wàn)數(shù)碼；測(cè)量速率2 100 次/秒；時(shí)間漂移<± 100ppm/年；溫度漂 移<± 100ppm/10°C,因?yàn)檫@四項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)直接 體現(xiàn)了數(shù)字化稱(chēng)重傳感器的計(jì)量性能。

(2）應(yīng)具有通過(guò)EMC電磁兼容試驗(yàn)的能力，并 且能承受一定等級(jí)的雷擊等強(qiáng)電干擾和沖擊，以 提高數(shù)字化稱(chēng)重傳感器的可靠性。

(3）利用高低溫試驗(yàn)箱、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，數(shù) 字指示儀表或電子計(jì)算機(jī)，在常溫、低溫、高溫 下逐個(gè)測(cè)試溫度性能，不合格者予以剔除。

目前具備上述技術(shù)性能指標(biāo)的A/D數(shù)字模塊 有德國(guó)HBM公司的AD104C型和國(guó)產(chǎn)的 DMP100R1 型。

利用上述A/D數(shù)字模塊制造的數(shù)字化稱(chēng)重傳 感器，靈敏度為1000000Digit,準(zhǔn)確度等級(jí)均可達(dá) 到 OIML R60 3000、4000 和 5000 分度，例如 10t、 20t、30t、40t和50t的雙剪梁型稱(chēng)重傳感器，最小 檢定分度值分別為2kg、5kg、10kg、10kg和 10kg。

如以單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)評(píng)定，其零點(diǎn)溫度影響和 靈敏度溫度影響可達(dá)到± 0.01 %F.S/10°C左右，非 線性誤差和重復(fù)性誤差為± 0.01 %F.S,滯后誤差、 蠕變及蠕變恢復(fù)均在± 0.15%F.S左右。其它技術(shù) 性能指標(biāo)如下：

1)工作電壓 7?18V DC ；

2）電流消耗 S 40mA

3）異步接口 RS-485/4-wire(傳輸線長(zhǎng) 1000m)；

4)波特率1200?38400Baud

5）地址數(shù)：32 ；

6）補(bǔ)償溫度：一20°C?+ 50°C ；

7）工作溫度：一30°C?+ 60°C ；

8）儲(chǔ)存溫度-50°C?+ 85°C ；

9）安全載荷：150%F.S ；

10）極限過(guò)載：300%F.S ；

11）密封等級(jí)：IP67/IP68 ；

12）電纜長(zhǎng)度：20m。

3.數(shù)字化稱(chēng)重傳感器的制造工藝及預(yù)防靜電措施

實(shí)際上是在各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)都較好的模擬 式稱(chēng)重傳感器電橋電路的后面，裝配一個(gè)A/D數(shù) 字模塊，其功能是將毫伏級(jí)的模擬電信號(hào)翻譯成 數(shù)字信號(hào)，并全面提高技術(shù)性能指標(biāo)。

只要A/D數(shù)字模塊的性能符合要求，裝配和 測(cè)試補(bǔ)償工藝科學(xué)合理，數(shù)字化稱(chēng)重傳感器的智 能化和各項(xiàng)溫度性能指標(biāo)，同樣可以達(dá)到較高水 平，而且性?xún)r(jià)比好。

（1）數(shù)字化稱(chēng)重傳感器制造工藝

1）模塊篩選

利用高低溫試驗(yàn)箱、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器和電子 計(jì)算機(jī)等，對(duì)數(shù)字模塊進(jìn)行溫度性能測(cè)試，剔除 不符合要求的模塊。

2）模塊裝配

為避免數(shù)字模塊中高精度而又較敏感的器件， 受到較強(qiáng)大的靜電放電tesg沖擊而導(dǎo)致輸入、 輸出通道損壞，應(yīng)在防靜電工位，將數(shù)字模塊焊 接在稱(chēng)重傳感器電橋電路上。

3）測(cè)試補(bǔ)償

零點(diǎn)校正和滿(mǎn)量程量化處理，在加載過(guò)程中 進(jìn)行線性補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)計(jì)算將修正量參數(shù)下載到數(shù) 字模塊A/D內(nèi)。

4）封裝

對(duì)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字模塊進(jìn)行防護(hù)與密封處理。

5）檢測(cè)

根據(jù)檢定規(guī)程要求，進(jìn)行常規(guī)和附加性能測(cè)試。

(2）靜電對(duì)A/D數(shù)字模塊的影響及預(yù)防靜電措施

在模擬式稱(chēng)重傳感器接線盒內(nèi)安裝A/D數(shù)字 模塊時(shí)，必須進(jìn)行靜電控制，主要是防止靜電堆積和防止靜電放電。因?yàn)樵?/span>A/D數(shù)字模塊中，信 號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)采用了極高精度而又較敏感的器件， 信號(hào)輸出通道中也使用了分辨力強(qiáng)且較敏感的器 件，這就要求必須在防靜電工作室或工位進(jìn)行制 造和安裝。

在模擬式稱(chēng)重傳感器接線盒內(nèi)安裝A/D數(shù)字 模塊的防靜電措施是：使用電離器、靜電接地帶； 防靜電存儲(chǔ)盒和穿著防靜電工作服等。

五、數(shù)字式稱(chēng)重傳感器

關(guān)于智能傳感器的定義，比較一致的看法是： 凡具有一種或多種敏感功能，能夠完成信號(hào)探測(cè) 和處理、邏輯判斷、雙向通訊、自檢、自校、自 補(bǔ)償、自診斷和計(jì)算等全部或部分功能的器件叫 智能傳感器，它可以是集成御整體型的，也 可以是分離件組裝御分離型的。數(shù)字智能稱(chēng) 重傳感器的發(fā)展完全符合此定義，有兩種整體型 即數(shù)字化和數(shù)字式稱(chēng)重傳感器，兩種分離型即無(wú) 數(shù)顯功能和有數(shù)顯功能的數(shù)字接線盒。

1.整體型數(shù)字式稱(chēng)重傳感器

(1）整體型數(shù)字式稱(chēng)重傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

如前所述，在稱(chēng)重傳感器內(nèi)部安裝有放大、 濾波、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器和溫度傳感器等組成 的數(shù)字電路，利用微處理器芯片已存入的軟件， 實(shí)施各項(xiàng)數(shù)字補(bǔ)償工藝，完成各項(xiàng)電路補(bǔ)償與調(diào) 整，最后采用電子束焊接或激光焊接密封。因數(shù) 字處理電路、溫度傳感器等在稱(chēng)重傳感器腔內(nèi)與 彈性元件為一體，故稱(chēng)為整體型數(shù)字稱(chēng)重傳感器。 整體型適合帶有保護(hù)外殼的、軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的、彈 性元件內(nèi)部空間大的稱(chēng)重傳感器。

圓柱式結(jié)構(gòu)整體型數(shù)字稱(chēng)重傳感器，由雙球 面或單球面圓柱形彈性元件、帶有單層或雙層膜 片的保護(hù)外殼、壓墊、壓頭及其內(nèi)部的模擬電橋 電路、數(shù)字電路及微處理器、溫度傳感器、過(guò)壓 保護(hù)電路等組成。彈性元件采用合金鋼或不銹鋼 制造，外殼多采用不銹鋼結(jié)構(gòu)。

整體型數(shù)字稱(chēng)重傳感器以其輸出信號(hào)大，數(shù) 字信號(hào)是一組組高低電平信號(hào)，有格式、有規(guī)律 的組成，一般為±5V；分辨率高，一般可達(dá) 20bit,相當(dāng)于1000000可用計(jì)數(shù)；準(zhǔn)確度高，穩(wěn) 定性好；數(shù)字電路安裝在外殼內(nèi)與電阻應(yīng)變計(jì)電 橋電路為“零距離”較大幅度的降低噪聲，抗干 擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)；軟件調(diào)角差，無(wú)砝碼校準(zhǔn)等特點(diǎn)，應(yīng)用于數(shù)字化電子衡器，具有大皮重、 小秤量的特殊電子秤和超大量程的電子汽車(chē)衡等。 但其缺點(diǎn)也很突出，主要是：

1）數(shù)字式稱(chēng)重傳感器內(nèi)部的電子元器件由10 多個(gè)增加到60多個(gè)，焊點(diǎn)也從30多個(gè)增加到300 多個(gè)。由于稱(chēng)重傳感器的無(wú)故障工作時(shí)間與其含 有的電子原器件和焊點(diǎn)數(shù)量成反比，其穩(wěn)定性和 可靠性必然有所下降。

2）數(shù)字式稱(chēng)重傳感器內(nèi)部的電子元器件決定 了其工作溫度范圍較小，一般為-10°C?40°C。如 需要在-10°C以下環(huán)境條件工作時(shí)，必須選用低溫 元器件其制造成本將呈幾倍上升。

3）數(shù)字式稱(chēng)重傳感器內(nèi)部的數(shù)字處理電路降 低了防爆等級(jí)，為滿(mǎn)足防爆要求，必須采取較昂 貴的防爆、隔爆措施。

4）數(shù)字式稱(chēng)重傳感器制造和維修成本較高， 不論是電橋電路還是數(shù)字電路出現(xiàn)故障，均需整 體更換一個(gè)新的數(shù)字式稱(chēng)重傳感器。

（2）整體型數(shù)字式稱(chēng)重傳感器的制造工藝

1）自動(dòng)檢測(cè)工藝

數(shù)字式稱(chēng)重傳感器的彈性元件貼片組橋后， 徹底告別模擬式稱(chēng)重傳感器制造工藝，在高準(zhǔn)確 度的力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上，采用自動(dòng)測(cè)試軟件，通過(guò)加溫 加載進(jìn)行測(cè)試求得各補(bǔ)償項(xiàng)目的數(shù)學(xué)模型，形成 程序化的計(jì)算公式。

2）數(shù)字補(bǔ)償工藝

根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)得到的各項(xiàng)性能的表達(dá)公式， 編制簡(jiǎn)單、有效的補(bǔ)償計(jì)算軟件，通過(guò)微處理器 進(jìn)行非線性、滯后、蠕變、零點(diǎn)溫度與靈敏度溫 度效應(yīng)等各項(xiàng)補(bǔ)償與修正以及零點(diǎn)校正和滿(mǎn)量程 量化處理。

3）技術(shù)性能測(cè)試與試驗(yàn)方法

根據(jù)JJG669—2003 “稱(chēng)重傳感器”國(guó)家計(jì)量 檢定規(guī)程，除進(jìn)行稱(chēng)重傳感器誤差拉、重復(fù)性 誤差(Er)、溫度對(duì)最小靜載荷輸出的影響(Cm)、蠕 變誤差(CC、最小靜載荷輸出恢復(fù)值(CmdoR等 試驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱時(shí)間、電源電壓變化、短 時(shí)電源電壓降低、電脈沖串、靜電放電、電磁場(chǎng) 輻射和量程穩(wěn)定性七項(xiàng)附加試驗(yàn)。

4）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)力源的要求

由于數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)是通過(guò)數(shù)字稱(chēng)重傳感器靈 敏度（mV/V的轉(zhuǎn)換，來(lái)測(cè)量被稱(chēng)物體的重量，它最底層的溯源器不是標(biāo)準(zhǔn)砝碼而是標(biāo)準(zhǔn)力源， 因此對(duì)力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的準(zhǔn)確度要求較高，其有關(guān)技術(shù) 指標(biāo)原則上應(yīng)優(yōu)于被測(cè)數(shù)字稱(chēng)重傳感器相應(yīng)技術(shù) 指標(biāo)的三倍。一般多采用2X 10-5準(zhǔn)確度等級(jí)的直 荷式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。

5）對(duì)組焊數(shù)字電路的工作環(huán)境實(shí)施靜電控制

由于整體型數(shù)字式稱(chēng)重傳感器，是將由放大 器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器和存儲(chǔ)器等組成的數(shù)字 電路與彈性元件置于同一密封腔內(nèi)，數(shù)字電路中 的信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)和信號(hào)輸出通道，均采用了高精 度、高分辨率而又較敏感的器件。對(duì)這些器件進(jìn) 行測(cè)試、組裝、焊接時(shí)，必須在防靜電工作室或 防靜電工位進(jìn)行，以實(shí)施靜電控制，主要是防止 靜電堆積和防止靜電放電。其控制方法與數(shù)字化 稱(chēng)重傳感器組焊A/D數(shù)字模塊的防靜電措施相同， 使用電離器、靜電接地帶、防靜電存儲(chǔ)盒和穿著 防靜電工作服。

2.分離型數(shù)字式稱(chēng)重傳感器繳字接線盒的 工作原理、特點(diǎn)與分類(lèi)

（1)數(shù)字接線盒的工作原理

為克服整體型數(shù)字稱(chēng)重傳感器制造工藝復(fù)雜、 工作溫度范圍小、防爆等級(jí)低、維護(hù)與修理難度 大等缺點(diǎn)，美國(guó)STS公司于1992年研制出分離型 數(shù)字稱(chēng)重傳感器系統(tǒng)，稱(chēng)為數(shù)字接線盒(Digital Junction Box)。與整體型數(shù)字稱(chēng)重傳感器不同的是 放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器等數(shù)字電路，移 植到稱(chēng)重傳感器外部，安裝在_個(gè)單獨(dú)的盒體 內(nèi)，但其功能并沒(méi)有改變，同樣具有對(duì)所連接的 任何廠家、任何結(jié)構(gòu)、任何量程的模擬式稱(chēng)重傳 感器進(jìn)行單獨(dú)尋址的功能，并能存儲(chǔ)有關(guān)參數(shù)。 組裝電子衡器時(shí)，只要將多個(gè)普通模擬式稱(chēng)重傳 感器連接到多通道數(shù)字接線盒上，模擬稱(chēng)重傳感 器的總輸出與整體型數(shù)字稱(chēng)重傳感器一樣也是數(shù) 字信號(hào)。

多路數(shù)字接線盒可將多路模擬式稱(chēng)重傳感器 的輸出信號(hào)，實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)CPU 處理后傳送到上位機(jī)。其轉(zhuǎn)換原理是把外部提供 的工作電源變換成某個(gè)頻率的載波信號(hào)，輸送給 模擬式稱(chēng)重傳感器的電橋電路作為激勵(lì)電源，同 時(shí)將其輸出的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波放大，傳送至A/D 數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在數(shù)字信號(hào)處理器 中完成各項(xiàng)補(bǔ)償過(guò)程，最終測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式從串行通訊界面的端口送出。

(2） 數(shù)字接線盒的特點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，功能專(zhuān)使用方便，上 位機(jī)只要提供電源，即可經(jīng)數(shù)字接線盒變模擬信 號(hào)為數(shù)字信號(hào)輸出，并使其具有整體型數(shù)字稱(chēng)重 傳感器的特點(diǎn)和功能；

2）對(duì)靈敏度、輸出電阻、零點(diǎn)輸出等參數(shù)不 挑剔，可連接任何廠家、任何結(jié)構(gòu)的模擬式稱(chēng)重 傳感器；

3）每個(gè)通道均采用獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器，可實(shí) 現(xiàn)各路信號(hào)實(shí)時(shí)同步轉(zhuǎn)換，在不改變?cè)须娮雍?/span> 器的承載器結(jié)構(gòu)、 模擬式稱(chēng)重傳感器的承力傳力 方式下，變模擬稱(chēng)重系統(tǒng)為數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 電子衡器的數(shù)字化改造；

4）模擬式稱(chēng)重傳感器可在-40?70°C環(huán)境條 件下正常工作，數(shù)字接線盒可放在室內(nèi)，擴(kuò)大了 數(shù)字電子衡器的工作溫度范圍；

5）安裝布線非常簡(jiǎn)單，從數(shù)字接線盒到數(shù)字 稱(chēng)重儀表只有一根電纜線；

6）數(shù)字接線盒配接普通模擬式稱(chēng)重傳感器， 便于維護(hù)修理。

（3）數(shù)字接線盒的分類(lèi)

數(shù)字接線盒主要有以下兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型：

1）無(wú)數(shù)顯功能的數(shù)字接線盒 無(wú)顯示功能的數(shù)字接線盒與數(shù)字稱(chēng)重顯示控 制儀表配套加模擬式稱(chēng)重傳感器組成數(shù)字稱(chēng)重 系統(tǒng)。

2）有數(shù)顯功能的數(shù)字接線盒 有顯示功能的數(shù)字接線盒，實(shí)際上是將數(shù)字 接線盒與數(shù)字稱(chēng)重顯示控制儀表合二為一作成一 體,具有兩者的全部功能，只要將模擬式稱(chēng)重傳 感器直接連在數(shù)字稱(chēng)重顯示控制儀表上，即組成 了數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)。

3.數(shù)字接線盒的應(yīng)用技術(shù)

普通模擬式稱(chēng)重傳感器加數(shù)字接線盒組成的 數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)，由于數(shù)字接線盒與模擬式稱(chēng)重傳 感器分離，并與數(shù)字稱(chēng)重儀表同在室內(nèi)工作，因 此不受環(huán)境條件限制，適用于各種結(jié)構(gòu)的稱(chēng)重傳 感器且維護(hù)修理容易，是深受用戶(hù)歡迎的數(shù)字稱(chēng) 重系統(tǒng)。但由于模擬式稱(chēng)重傳感器與數(shù)字接線盒 之間仍有一段傳送小電壓的電纜，可能受到干擾 和引入噪聲，對(duì)數(shù)字接線盒的高分辨率有一定的 影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予足夠的考慮和制定有效可行 的對(duì)策。

數(shù)字接線盒的數(shù)字電路和數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)，因 采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方式不同也有兩種類(lèi)型，一種 是每個(gè)輸入通道具有一個(gè)獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器，各 通道獨(dú)立進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)字補(bǔ)償與修正的數(shù)字接線盒； 一種是多個(gè)輸入通道共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)各 輸入通道分別進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)字補(bǔ)償與修正的數(shù)字接 線盒。兩種數(shù)字接線盒都可以通過(guò)雙向串行接口 與PC機(jī)、PLC或其它裝置連接。美國(guó)STS公司 2200 系列中的 2202-W4、2203、2204 和 2224 數(shù) 字接線盒，德國(guó)FLINTEC公司FDA-4數(shù)字接線 盒，德國(guó)HBM公司AD101和AD104單通道數(shù)字 接線盒，在數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)中的應(yīng)用都取得了很好 的測(cè)試結(jié)果并獲得相關(guān)認(rèn)證。

由于數(shù)字稱(chēng)重傳感器和數(shù)字接線盒組成的數(shù) 字稱(chēng)重系統(tǒng)，增加了推理、判斷、自診斷、自適 應(yīng)等功能，除完成稱(chēng)重計(jì)量信息采集外還能實(shí)現(xiàn) 非稱(chēng)重計(jì)量信息的采集和處理。在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了 警衛(wèi)電路，既能對(duì)軟件硬件進(jìn)行保護(hù)，又可記錄外 部修改操作指令，判斷操作錯(cuò)誤和自動(dòng)恢復(fù)原始狀 態(tài)。這是現(xiàn)今市場(chǎng)上采用微機(jī)化稱(chēng)重顯示控制器的 電子稱(chēng)重系統(tǒng)與數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)的根本區(qū)別。

現(xiàn)以在用模擬式地磅的數(shù)字化改造為 例說(shuō)明此問(wèn)題。

第一種數(shù)字化改造方案是在不改變承載器結(jié) 構(gòu)、定位限位裝置、現(xiàn)場(chǎng)工作條件和原有模擬式 稱(chēng)重傳感器的前提下，用與模擬式稱(chēng)重傳感器數(shù) 量相同通道的數(shù)字接線盒，數(shù)字稱(chēng)重儀表或電子 計(jì)算機(jī)替代模擬接線盒和模擬稱(chēng)重儀表。典型的 應(yīng)用實(shí)例是由4?8只模擬式稱(chēng)重傳感器支撐單節(jié) 或多節(jié)承載器，4?8個(gè)輸入通道的數(shù)字接線盒, 數(shù)字稱(chēng)重顯示控制器以及通過(guò)接口與其相連接的 遠(yuǎn)程同步電腦信息資料管理系統(tǒng)等組成。其中數(shù) 字稱(chēng)重顯示控制器的顯示屏幕多為128x 64點(diǎn)陣 藍(lán)底背白光LCD,顯示各種稱(chēng)重計(jì)量信息，遠(yuǎn)程 同步電腦信息資料管理系統(tǒng)，除實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重與非稱(chēng) 重計(jì)量信息存儲(chǔ)與管理外，還能進(jìn)行稱(chēng)重計(jì)量全 過(guò)程錄像監(jiān)控，防止作弊，并具有一機(jī)控制多臺(tái) 數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)和與其它控制系統(tǒng)兼容的能力。

第二種數(shù)字化改造方案是在不改變承載器結(jié) 構(gòu)、定位限位裝置、現(xiàn)場(chǎng)工作條件的前提下，用同樣外形尺寸的數(shù)字稱(chēng)重傳感器替代模擬式稱(chēng)重 傳感器，用數(shù)字接線盒及其配套的數(shù)字稱(chēng)重儀表 或電子計(jì)算替代模擬接線盒及模擬稱(chēng)重儀表。其 接線程序是：將參與改造模擬式電子衡器的每只 數(shù)字稱(chēng)重傳感器的供橋回路導(dǎo)線紅、白,輸出 回路的輸出導(dǎo)線和反饋導(dǎo)線黃、綠、黑、藍(lán) 分別對(duì)應(yīng)連接在數(shù)字接線盒內(nèi)。最后將數(shù)字接線 盒各數(shù)字稱(chēng)重傳感器的總輸出導(dǎo)線，與數(shù)字式稱(chēng) 重儀表相連接即完成了接線任務(wù)。其數(shù)字稱(chēng)重傳 感器、數(shù)字接線盒與數(shù)字稱(chēng)重儀表的接線示意圖 如圖4所示。接線注意事項(xiàng)：

（1）在數(shù)字稱(chēng)重傳感器安裝、穿線、接線完畢后通電調(diào)試前，_定要仔細(xì)核對(duì)和檢查通訊電源 線是否接線正確，否則極易造成數(shù)字稱(chēng)重傳感器 內(nèi)部電路損壞；

（2）因?yàn)?/span>485接口對(duì)電壓要求比較嚴(yán)格，一般 為± 7V,超過(guò)該電壓通訊會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，所以要求 秤接地良好，符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求；

（3）在每只數(shù)字稱(chēng)重傳感器的上壓板和下壓墊 之間，連接足夠粗的金屬編織的扁網(wǎng)線做旁路， 避免靜電和感應(yīng)雷對(duì)其造成損害。

六、結(jié)語(yǔ)

整體型數(shù)字稱(chēng)重傳感器和模擬稱(chēng)重傳感器加 數(shù)字接線盒組成的數(shù)字稱(chēng)重系統(tǒng)，都有很大發(fā)展 空間和廣闊市場(chǎng)前景。在我國(guó)利用數(shù)字接線盒或 組裝數(shù)字地磅或?qū)δM式地磅進(jìn)行數(shù)字 化改造，更容易被用戶(hù)接受。