地磅應(yīng)變式稱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)變式稱重傳感器技術(shù)相結(jié)合，研制出數(shù)字稱重傳感器，推動(dòng)了 數(shù)字稱重技術(shù)的發(fā)展。本文結(jié)合國(guó)外數(shù)字稱重傳感器的發(fā)展思路與現(xiàn)狀，介紹了地磅數(shù)字稱重傳 感器的工作原理與特點(diǎn)，數(shù)字稱重傳感器的兩種實(shí)現(xiàn)方法，整體型與分離型數(shù)字式稱重傳感 器的結(jié)構(gòu)，數(shù)字化稱重傳感器用A/D數(shù)字模塊的工作原理與選用方法，數(shù)字式與數(shù)字化稱重 傳感器的制造工藝，并簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字稱重傳感器的應(yīng)用。

一、概述

應(yīng)變式稱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)用此類稱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。稱重傳感器、稱重顯 示控制器和微型電子計(jì)算機(jī)的結(jié)合，已成為稱重 傳感器和稱重顯示控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，必將促 使電子稱重技術(shù)進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，這就 是電子稱重系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化。

20世紀(jì)80年代中期，為克服模擬式稱重傳感 器的固有缺陷，突破模擬稱重系統(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)變式稱重傳感器技術(shù)相結(jié)合， 研制出數(shù)字稱重傳感器。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)字稱重傳感器的硬件結(jié)構(gòu)，一般由模擬式 稱重傳感器電路和數(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 重顯示控制儀表與模擬式稱重傳感器有很大區(qū) 別。因此，數(shù)字稱重傳感器是與數(shù)字稱重顯示控 制儀表共同研制開(kāi)發(fā)的_項(xiàng)系統(tǒng)工程。數(shù)字稱重 傳感器與數(shù)字稱重儀表系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)圖如圖 1所示。

從數(shù)字稱重傳感器工作原理圖不難分析出，

原來(lái)對(duì)模擬式稱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重傳感器的 技術(shù)性能大幅度提高。數(shù)字稱重傳感器的技術(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)。采用模擬式稱重感器電 路與數(shù)字處理電路一體化設(shè)計(jì)，數(shù)字稱重傳感器的零點(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)字稱重傳感器的特點(diǎn)

數(shù)字稱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 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)字稱重系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字稱重傳感器的靈敏 度{補(bǔ)值，就可得到被稱物體的質(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 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，通常稱為 數(shù)字化稱重傳感器國(guó)外稱為簡(jiǎn)單型數(shù)字稱重傳 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，通常稱為數(shù)字式稱重傳感器畫外稱為 聰明型數(shù)字稱重傳感器。

四、數(shù)字化稱重傳感器

1.A/D數(shù)字模塊的工作原理

模擬式稱重傳感器的被測(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，滿足不了數(shù)字稱重技術(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)字化稱重傳感器用的A/D數(shù)字模塊。 它同樣具備數(shù)字稱重傳感器的特點(diǎn)，即對(duì)數(shù)字化 的稱重傳感器進(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)校正處理和滿量程量化處理后, 使數(shù)字稱重傳感器空載時(shí)輸出為零，在額定載荷 下輸出額定的數(shù)值(例如:1000000)。數(shù)字化稱重傳 感器多只同時(shí)使用時(shí)，給每只稱重傳感器賦予唯 一的地址編號(hào)，這樣主機(jī)以查詢的方式向每一個(gè) 稱重傳感器發(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，而且性價(jià)比好。

（1）數(shù)字化稱重傳感器制造工藝

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 接在稱重傳感器電橋電路上。

3）測(cè)試補(bǔ)償

零點(diǎn)校正和滿量程量化處理，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 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)字式稱重傳感器

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

如前所述，在稱重傳感器內(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、溫度傳感器等在稱重傳感器腔內(nèi)與 彈性元件為一體，故稱為整體型數(shù)字稱重傳感器。 整體型適合帶有保護(hù)外殼的、軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的、彈 性元件內(nèi)部空間大的稱重傳感器。

圓柱式結(jié)構(gòu)整體型數(shù)字稱重傳感器，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衡等。 但其缺點(diǎn)也很突出，主要是：

1）數(shù)字式稱重傳感器內(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)字式稱重傳感器。

（2）整體型數(shù)字式稱重傳感器的制造工藝

1）自動(dòng)檢測(cè)工藝

數(shù)字式稱重傳感器的彈性元件貼片組橋后， 徹底告別模擬式稱重傳感器制造工藝，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 “稱重傳感器”國(guó)家計(jì)量 檢定規(guī)程，除進(jìn)行稱重傳感器誤差拉、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)字稱重系統(tǒng)是通過(guò)數(shù)字稱重傳感器靈 敏度（mV/V的轉(zhuǎn)換，來(lái)測(cè)量被稱物體的重量，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)字式稱重傳感器繳字接線盒的 工作原理、特點(diǎn)與分類

（1)數(shù)字接線盒的工作原理

為克服整體型數(shù)字稱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)字稱重傳感器系統(tǒng)，稱為數(shù)字接線盒(Digital Junction Box)。與整體型數(shù)字稱重傳感器不同的是 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)普通模擬式稱重傳 感器連接到多通道數(shù)字接線盒上，模擬稱重傳感 器的總輸出與整體型數(shù)字稱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)、 模擬式稱重傳感器的承力傳力 方式下，變模擬稱重系統(tǒng)為數(shù)字稱重系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 電子衡器的數(shù)字化改造；

4）模擬式稱重傳感器可在-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重傳感器， 便于維護(hù)修理。

（3）數(shù)字接線盒的分類

數(shù)字接線盒主要有以下兩種結(jié)構(gòu)類型：

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)字稱重顯示控 制儀表配套加模擬式稱重傳感器組成數(shù)字稱重 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，只要將模擬式稱重傳 感器直接連在數(shù)字稱重顯示控制儀表上，即組成 了數(shù)字稱重系統(tǒng)。

3.數(shù)字接線盒的應(yīng)用技術(shù)

普通模擬式稱重傳感器加數(shù)字接線盒組成的 數(shù)字稱重系統(tǒng)，由于數(shù)字接線盒與模擬式稱重傳 感器分離，并與數(shù)字稱重儀表同在室內(nèi)工作，因 此不受環(huán)境條件限制，適用于各種結(jié)構(gòu)的稱重傳 感器且維護(hù)修理容易，是深受用戶歡迎的數(shù)字稱 重系統(tǒng)。但由于模擬式稱重傳感器與數(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)字稱重傳感器和數(shù)字接線盒組成的數(shù) 字稱重系統(tǒng)，增加了推理、判斷、自診斷、自適 應(yīng)等功能，除完成稱重計(jì)量信息采集外還能實(shí)現(xiàn) 非稱重計(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)化稱重顯示控制器的 電子稱重系統(tǒng)與數(shù)字稱重系統(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 稱重傳感器的前提下，用與模擬式稱重傳感器數(shù) 量相同通道的數(shù)字接線盒，數(shù)字稱重儀表或電子 計(jì)算機(jī)替代模擬接線盒和模擬稱重儀表。典型的 應(yīng)用實(shí)例是由4?8只模擬式稱重傳感器支撐單節(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)稱重與非稱 重計(jì)量信息存儲(chǔ)與管理外，還能進(jìn)行稱重計(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)字稱重傳感器替代模擬式稱重 傳感器，用數(shù)字接線盒及其配套的數(shù)字稱重儀表 或電子計(jì)算替代模擬接線盒及模擬稱重儀表。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)字稱重傳感器的總輸出導(dǎo)線，與數(shù)字式稱 重儀表相連接即完成了接線任務(wù)。其數(shù)字稱重傳 感器、數(shù)字接線盒與數(shù)字稱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)字稱重傳感器和模擬稱重傳感器加 數(shù)字接線盒組成的數(shù)字稱重系統(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，更容易被用戶接受。