電子衡器稱重技術是現(xiàn)代稱重計量和控制系統(tǒng)工程的重要基礎之一,自50年代中期電子技術滲入到衡器的輔助測量裝置,60年代初期出現(xiàn)機電結合式電子衡器以來,經過40多年的不斷改進與完善,從初的機電結合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字化智能型:由于它具有稱量準確、快速,讀數(shù)方便,環(huán)境適應性強,便于與電子計算機結合而實現(xiàn)稱重計量與過程控制自動化等特點,在工商貿易、能源交通、冶金礦山、輕工食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、航空航天等部門得到了廣泛的應用。本文重點介紹了動態(tài)質量測量、稱重傳感器、稱重顯示控制器和電子衡器的發(fā)展。提出中國電子衡器稱重技術在重研究與設計的同時,更要重視工藝和管理。
近年來,中國電子衡器產品的數(shù)量、質量和技術水平都有了較大提高。其中,動態(tài)電子軌道衡、電子汽車衡、電子地上衡、電子皮帶秤、電子計價秤、中小容量的電子吊秤等,已接近工業(yè)發(fā)達同類產品的水平。就電子稱重技術和電子衡器產品的研究與開發(fā)而言,我們在基礎理論研究和產品的品種、功能、穩(wěn)定性和可靠性等方面與發(fā)達相比還存在較大的差距。特別是在自動:衡器中的電子定量包裝秤、電子配料秤、重量口分選秤等技術含量高的產品,我們的差距就更大些。為此,了解電子稱重技術和電子衡器產品的發(fā)展動態(tài),了解電子稱重領域的新技術、新材料、新工藝,對制訂規(guī)劃,開發(fā)新產品,提高企業(yè)的技術水平、工藝水平和管理水平,具有一定的指導作用。
1、動態(tài)質量測量及其應用將有新發(fā)展
電子衡器技術的任務實質上是測量物體的質量,質量的測量都是通過物體在重力場下的重力測量而求得的。
在世界各國常用的衡器中,利用杠桿原理的各種秤或測力機,利用彈性元件的恢復力(彈力)與被測物體的重力達到平衡來測量質量的秤,這些秤稱為靜態(tài)秤,所用的方法稱為靜態(tài)秤重法。
在科研生產中,常常遇到運動中的物體需要稱重,或在外界有振動源干擾的條件下需要稱重,這時靜態(tài)秤就無能為力了。近些年來,日本、美國的一些學者為從根本上解決這一問題,以便能在運動中和有振動源干擾的條件下進行稱重,開展了許多研究工作。日本大阪府立大學小野敏郎教授提出的動態(tài)稱重法和研制的“位移—速度”型動態(tài)質量測量裝置。其基本構想就是用工程動力學來代替工程靜力學解決質量測量問題。根據(jù)牛頓第二定律F = ma及它的特殊形式W=mg可知,只要測得力F和加速度a,而不必考慮a是什么樣的加速度,都可以求得質量m的大小,這是一個不受被測物體是靜態(tài)還是動態(tài)以及重力場大小影響的質量測量方法,這就是動態(tài)稱重法的基本原理。
我國也應開展動態(tài)質量測量理論和應用的研究,開發(fā)出適合我國市場需求的動態(tài)電子秤及動態(tài)電子稱重系統(tǒng)。
2、稱重傳感器的發(fā)展動向
我國“九五”期間傳感器科技攻關的總體思路是:圍繞一個目標一提高傳感器技術水平、可靠性水平和產業(yè)化程度;實現(xiàn)兩個轉變一向提高企業(yè)技術進步轉變,向提高市場占有率轉變;加強三個結合一共性關鍵技術與應用技術相結合,典型品種開發(fā)與產品系列化相結合,研究開發(fā)與工程化相結合。同時,把工程化研究、開發(fā)新產品和研究共性技術列為傳感器的科技攻關方向。進人90年代以來,由于微電子技術、微機械加工技術的飛速發(fā)展,使得敏感元件、轉換元件和信號處理電路實現(xiàn)了一體化,并以此為基礎研制出了具有復合敏感功能、自檢自校自診斷功能、自補償和計算等功能的傳感器。專家們認為,傳感器的發(fā)展動向為小型化集成化、智能化和多維化。盡管這些發(fā)展不完全適合應變式稱重傳感器,但對我們研發(fā)新產品,特別是數(shù)字式智能稱重傳感器具有一定的指導作用。
3、稱重顯示控制器的發(fā)展動向
稱重顯示控制器是電子衡器的重要基礎部件,它直接影響電子衡器及電子稱重系統(tǒng)的功能和性能,反映了稱重計量的技術水平。近年來,隨著稱重計量自動化水平的提高,對稱重顯示控制器提了一些新的要求,國內外有代表性的稱重顯示控制器生產廠家,緊緊抓住功能、性能、抗干擾能力進行研究和攻關。為了實現(xiàn)小漂移、高穩(wěn)定,多采用低漂移、高增益放大器、高分辨率的A/D轉換器或快速高精度的二一△型A/D轉換器,單片微型機,電可擦只讀存儲器等。一般零點漂移為0. 1一0.2μV/℃,增移漂移為(8~15) x10-6/℃。為了提高穩(wěn)定性和可靠性,除采用集成度高的器件,盡量減少硬件,將大量軟件存儲在少量的芯片上,并對元器件進行應力篩選,采用印刷電路板表面安裝新技術外,還加強了整機的抗輻射電場、磁場等干擾試驗和人工老化試驗??梢哉f稱重顯示控制器是基于稱重計量自動化和電子衡器快速發(fā)展的促進和牽引,隨著電子技術和計算機技術的進步而發(fā)展起來的。
近年來,不僅僅要求稱重計量系統(tǒng)提供重量信息,而且還要求能提供許多附加的信息,包括設備自身及過程的診斷信息,管理信息等,通常把這些信息稱為非控制信息。
在稱重計量控制領域,控制信息與非控制信息的比例將會發(fā)生較大的變化,非控制信息的比重將會大幅度提高??梢灶A計,具備雙向數(shù)字通信,自診斷能力和反映設備本身特性的數(shù)據(jù)庫等 “智能化”功能的稱重顯示控制儀表將有較好的發(fā)展前景,今后幾年對稱重顯示控制器的要求主要有下述幾方面。
a.小型化,而不減少功能
小型或微型稱重顯示儀表,主要用于如可移動定量小包裝秤,叉車秤、車載秤;也可用作大型稱重系統(tǒng)中與電子計算機配套的部件。
b.功能較多,且接口豐富
除一般應具備的功能外,還要有量程自動校準,開機自檢和故障診斷等功能。為了便于與計算機通信,應配有各種輸出接口供選用。
c.開發(fā)觸摸式液晶顯示屏,取代數(shù)碼顯示和按鍵,所有操作均在文字提示下直接在顯示屏上進行。配上一套語言,供用戶現(xiàn)場編程,設一些空白鍵,由用戶編程定義。
d.稱重技術性能向高速度、高準確度、高穩(wěn)定性方向發(fā)展。
次的稱重顯示控制器的性能可達到:非線性優(yōu)于0.01%,靈敏度優(yōu)于0. 2 A/d,A/D轉換的內碼可達106,A/D轉換速度一般為10一30次/s,用于動態(tài)測量可達500次//s。采用差分輸人電路,提高抗共模干擾的能力。
e.加強對具有功能的稱重顯示控制器的研究與開發(fā)
在提高準確度和穩(wěn)定性,確保顯示功能和控制功能的同時,有些商用稱重儀表應增加確保稱重計量性能、維護消費者利益的功能。諸如:起始零的設定、動態(tài)的判別、防止作弊、互鎖禁止、超差報警等功能。
此外經濟型、型、防濕防水型、本安、增安防爆型稱重儀表等都有較好的發(fā)展前景。
在功能上,向著多功能,功能、接口豐富便于與計算機通信等方向發(fā)展;在品種上,型稱重儀表,動態(tài)稱重儀表、自動在線稱重儀表、稱重計算機及其配套儀表等將有較大發(fā)展。在結構上,向著多樣化(壁掛式、嵌人式等)小型化(體積小、重量輕)方向發(fā)展。
4、電子衡器的發(fā)展趨勢
電子衡器產品量大面廣、種類繁多,從通用的各種規(guī)格的電子秤到大型的電子稱重系統(tǒng),從單純的稱重、計價到生產過程檢測系統(tǒng)的一個測量控制單元,其應用領域在不斷地擴大。由于電子衡器既涉及到國內外貿易結算又涉及到廣大消費者的利益,所以它是強制管理的法制計量器具,世界各國都十分重視電子衡器稱重技術和電子衡器產品的研究、開發(fā)和應用。
5、結束語
在近國際衡器界的一些交往中,專家們較普遍認為未來的衡器市場在亞洲、在中國, 21世紀世界的衡器市場在中國,這對我國衡器企業(yè)的發(fā)展將是一個的機遇。我們衡器企業(yè)應該抓住這一大好時機,推進配套改革,增加技術投入,加強企業(yè)管理,開拓市場。以提高制造技術與制造工藝水平為突破口,主要解決電子衡器中的工程化產品的定型設計,生產工藝,質量保證,可靠性考核等規(guī)模生產中的關鍵技術與工藝,提高批量生產能力,使我國的民族衡器工業(yè)走上健康持續(xù)發(fā)展的軌道,迎接21世紀電子稱重技術及電子衡器工業(yè)的大發(fā)展年代。