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地磅数字式称重传感器的演变与发展综述

时间:2018-01-11 14:07   点击数:

本文以研究地磅中的数字式称重传感器为核心,总结归纳了它的演变过程,分析了数字式称重传感器的最新发展 趋势,进而促进此类产品在更多领域的应用。

0.引言

我国地磅行业的数字式称重传感器的应用发展之快使 得一些独具远见的外资企业与国内企业制造商均把目光瞄 向了这一极具生命力的产品上来。在本文中,对数字式智能 化称重传感器的功能演变过程,从初始阶段的数字化前置转 换、到第二阶段的智能化补偿与校正、再到第三阶段的称重 系统的智能化应用的演变,进行了简单概括的论述。

1.数字化称重传感器

由于传统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、传输距离短、抗干扰能力差、 安装调试不方便等缺点。因此,早在二十世纪八十年代就引 起了人们对模拟式称重传感器缺点的重视,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放大与AD电路,置于 称重传感器罩壳内或附近的接线盒内。数字化传感器由模拟 式传感器和数字变送两部分组成。

上述传感器由于输出的是数字信号,因此克服了模拟式 称重传感器的信号小、传输距离短、抗干扰能力差等缺点。但 是其各项传感器的性能指标都是以本身的制造、补偿、调整 工艺所决定。也就是说,如果传感器本身的制造、补偿、调整 工艺不过关,要靠数字变送来提高或补偿整个传感器的力学 与温度指标(注意不是数字变送电路本身的温度指标是不 可能的。目前国内众多的外资企业制造商与国内企业制造商 主推的产品都属于此类型,此类传感器没有突破原功能。要 做到第一代数字化称重传感器”的难点在于必须要保证所 设计和选用的数字变送电路及器件不能降低整个传感器的 力学与温度指标,也就是说必须使数字变送电路本身的温漂 和时漂不影响传感器本身的制造、补偿、调整工艺所决定的 力学与温度指标。另外,一些制造商在局部的功能上有所提 高。但总体上还是属于第一代数字化称重传感器”。

本阶段的数字化称重传感器主要特点是不改变传感器 本身传统的制造、补偿、调整工艺,仅将原先在称重仪表内的 AD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。

2.数字式智能化称重传感器

随着计算机软件技术的发展,人们设想传感器本身的缺 陷是否可以通过软件技术来解决,也就是说由计算机软件来 完成传感器的诸如零点补偿、温度补偿、线性补偿、滞后补 偿、蠕变与恢复补偿等几乎全部的补偿工艺。这样可以使得 传感器本身的制作工艺变得极其简单,不需要把大量的精力 花在精细的制作工艺上,并且可以大大提高传感器弹性体与 贴片的合格率。数字式智能化传感器由模拟式传感器、数字 变送和传感器软件智能化补偿三部分组成。

该类传感器的数字变送部分包括放大、滤波、VD转换 器、微处理器、温度传感器。通过数字补偿电路和数字补偿工 艺,可进行线性、滞后、蠕变等补偿;内装温度传感器,通过补 偿软件可进行实时温度补偿;地址可调,便于应用与互换;远 程诊断与校正。

第一,此类传感器技术的核心是软件智能化补偿,采用模糊数学、人工智能等方面的理论,用合理数据处理方法实 现传感器误差的数字补偿,避免了传统称重传感器中繁琐的 模拟补偿方法,具备了数字补偿智能化技术的基本要求。第 二,采用神经网络自学习功能,解决了因环境温度的变化对 传感器桥臂造成测量误差的影响。具体做法为:将电桥的两 个输出电压信号作为标定数据,采用神经网数据融合对标定 数据进行处理,从而既提高了电桥测量的环境温度适应范 围,也提高了其静态特性。第三,智能传感器数据预处理方 法,应用于传感器的非线性校正温度补偿、数字滤波和标度 变换,可实现工业现场传感器测试数据的前端检测与处理, 从而提高了自动化检测作业系统中传感器的非线性质量。

从上述的数字式智能化传感器的各种实例可以看出,总 体上这一阶段的数字式智能化传感器主要体现在传感器本 身的智能化补偿与校正上。

3.数字智能化称重传感器

严格意义上讲,数字智能化称重传感器的智能化功能不 仅仅反映在传感器本身的智能化补偿与校正上,更重要的是 要实现应用的智能化。随着数字称重传感器应用领域的不断 扩展,如何把数字传感器的功能、特点发挥得更好又成为关 注的焦点。真正意义上的数字智能化称重传感器”表现在具 有一种或多种敏感功能,能够完成称重信号检测和处理、逻 辑判断、闭环控制、双向通讯、循环自检和自诊断、自动校正 和补偿、自动计算等,具有这样的称重传感器被称为“数字智 能化称重传感器。从结构上看,可分为整体型集成化结构和 分离型模块化结构两种。数字智能化称重传感器由模拟式传 感器、数字变送(放大与A/D电路)、传感器软件补偿和智能 化自控软件四部分组成。

最新第三阶段的数字智能化称重传感器已应用于各种 智能化闭环控制多用途、智能化多分量测量与高速动态数字 信号处理以及网络通讯等场合,其发展趋势包括:

(1)智能化闭环控制

智能化闭环控制主要指可应用于各种智能化闭环、高速 高精度动态自补偿称重等应用场合。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外,还提供分选、定 量灌装的多用途控制功能。内置信号处理模块使其可用于快 速、高精度的称重场合。对于外部因素引起的振动,称重传感 器带有数字滤波器,可以消除这些振动引起的误差。有些内 置可编程的滤波器还能允许客户根据不同的应用改变滤波 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本身除具有检测重 量信息的功能外,还能同时检测其它多参量信息。例如电子 吊秤传感器可检测加速度,完成动态加速度自动修正;汽车 检测平台用称重传感器,可同时检测垂直方向的重量信息和 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,数字技术向智能化、开放性、网络 化、信息化方向发展。利用目前工业过程控制系统中最为热 点的现场总线控制系统FCS中工业控制软件的数据处理方 法,首先对系统中的传感器进行结构与数据处理的特性分 析,提出了 FCS的数据处理方法,据介绍对处理平稳传感器 数据和非平稳传感器数据都具有适应性。

4.结束语

上述文章对数字式智能化称重传感器功能演变过程,从 初始阶段的数字化转换、到第二阶段的传感器本身的智能化 补偿、再到第三阶段的传感器扩展称重系统的应用,特别是 智能化功能演变的论述中,可以看出数字式智能化称重传 感器的功能,除了数字化或数字式的传感器性能的补偿与数 字量的长距离传送功能外,更不能忽视的是扩展其应用于各 种智能化闭环控制多用途、智能化多分量测量与高速动态数 字信号处理乃至网络化通讯等场合。可以看出,数字式智能 化称重传感器已从传统传感器的单一功能和单一检测向多 功能和多参量检测,由开环数据传送向主动闭环控制和信息 处理,由孤立一次仪表向系统化、集成化、网络化方向发展, 这应是我国数字式称重传感器制造行业目前和今后的发展 方向