電子秤科學(xué)發(fā)展論文

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一、國(guó)內(nèi)外電子秤量系統(tǒng)現(xiàn)狀

近幾年，我國(guó)的電子稱重系統(tǒng)從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。電子稱重技術(shù)逐漸從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展，從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展，從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展。電子稱重系統(tǒng)制造技術(shù)及其應(yīng)用得到了新發(fā)展。國(guó)內(nèi)電子稱重技術(shù)基本達(dá)到國(guó)際上20世紀(jì)90年代中期的水平，少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)的電子秤市場(chǎng)中，1009左右量程的電子秤精度一般為0.019即10mg。在研究方法上，電子稱重系統(tǒng)的工作原理一般是將作用在承載器上的質(zhì)量或力的大小，通過(guò)壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過(guò)控制電路來(lái)處理該電信號(hào)。其中壓力傳感器大多數(shù)采用電阻應(yīng)變片壓力傳感器，由于應(yīng)變片的體積較小，市場(chǎng)上有多種規(guī)格可供選擇，而且可以針對(duì)彈性敏感元件的形式可以靈活設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)合的要求，所以應(yīng)變片式壓力傳感器得到廣泛的應(yīng)用。但是電阻應(yīng)變片壓力傳感器的一個(gè)嚴(yán)重缺陷是應(yīng)變靈敏度、應(yīng)變片本身的電阻都隨溫度變化，而且靈敏度隨溫度變化較大。在不同的環(huán)境中，應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，輸出零點(diǎn)漂移明顯。并且應(yīng)變片的輸出信號(hào)很小、線性范圍窄，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。在國(guó)際上，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在電子稱重力一面，從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方面都達(dá)到了較高的水平。特別是在準(zhǔn)確度和可靠性等方面有了很大的提高。其中梅特勒一托利多公司生產(chǎn)的BBK4系列高精度電子秤精度達(dá)到了1mg，速度大約為1次/秒。目前，電子秤在稱量速度方面需要進(jìn)一步的研究。

二、電子秤的發(fā)展趨勢(shì)

電子秤是載于秤的臺(tái)座、盤(pán)、鉤上的物品的重量由傳感器蠕變反應(yīng)平衡，而由儀器數(shù)字顯示的電子衡器。電子秤集機(jī)、電、儀于一體，具有多功能、高精度、快速和動(dòng)態(tài)計(jì)量、穩(wěn)定可靠等特征，代表了衡器產(chǎn)品發(fā)展的方向。電子秤屬于日用衡器，為勞動(dòng)密集型產(chǎn)品。電子秤產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、智能化;其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高;其功能趨向是稱重量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能;其應(yīng)用性能趨向上綜合性和組合性。

(1)小型化

近幾年新研制的電子平臺(tái)秤結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了體積小、高度低、重量輕(即小、薄、輕)的發(fā)展方向。對(duì)于低容量的電子平臺(tái)秤和電子輪軸秤，可采用將薄型或超薄型的圓形稱重傳感器，直接嵌入鋼板或鋁板底面與稱重傳感器外徑相同的盲孔內(nèi)，形成低外形的秤體結(jié)構(gòu)，稱重傳感器的數(shù)量和位置由秤的額定載荷和力學(xué)要求計(jì)算決定。鋼板或鋁板就是秤體的臺(tái)面，稱重傳感器既是傳感元件，又是承力支點(diǎn)，極大地減化了秤體結(jié)構(gòu)，減少了活動(dòng)連接環(huán)節(jié)，不但降低了成本，而且提高了穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)中等或較大容量的電子平臺(tái)秤、電子地上衡，已經(jīng)出現(xiàn)了采用方形或長(zhǎng)方形閉合截面的薄壁型鋼，并聯(lián)排隊(duì)列焊接成一個(gè)整體的竹排式結(jié)構(gòu)的秤體，4個(gè)稱重傳感器分別安裝在最外邊兩根薄壁型鋼兩端的切口內(nèi)，安裝在稱重傳感器承力點(diǎn)上的固定支承就是秤體的承力支點(diǎn)，既減化了承力傳力機(jī)構(gòu)，又節(jié)省了秤體高度，這是一種很有發(fā)展一前途的秤體結(jié)構(gòu)。對(duì)于大型電子平臺(tái)秤，可利用有限單元法進(jìn)行等強(qiáng)度和剛度計(jì)算，采用抗彎剛度大的型材和輕型波紋夾心鋼板等。

(2)模塊化

對(duì)于大型或超大型的承載器結(jié)構(gòu)，如大型靜動(dòng)態(tài)電子汽車(chē)衡等，己開(kāi)始采用幾種長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的模塊，經(jīng)過(guò)分體組合，而產(chǎn)生新的品種和規(guī)格。以5、6、7m長(zhǎng)的同寬度3種標(biāo)準(zhǔn)模塊為例，由單塊、二塊、三塊到四塊分體組合，可以組合成長(zhǎng)度為5-28m的22種規(guī)格的分體式秤體結(jié)構(gòu)。當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)各行業(yè)用戶的需要，選擇其中10余種常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格即可。這種模塊化的分體式秤體結(jié)構(gòu)，不僅提高了產(chǎn)品的通用性、互換性和可靠性，而且也大大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)還降低了成本，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

(3)集成化

某些品種和結(jié)構(gòu)的例如小型電子平臺(tái)秤、專用秤、便攜式靜動(dòng)態(tài)電子輪軸秤、靜動(dòng)態(tài)電子軌道衡等，都可以實(shí)現(xiàn)秤體與稱重傳感器，鋼軌與稱重傳感器，軌道衡秤體與鐵路線路一體化。如秤體與稱重傳感器一體化的便攜式靜動(dòng)態(tài)電子輪軸秤，多用硬鋁合金厚板制成。其結(jié)構(gòu)原理是經(jīng)過(guò)固溶熱處理強(qiáng)化的鋁合金板，或通過(guò)在4個(gè)角上鉆孔和銑槽分別形成4個(gè)懸臂梁型稱重傳感器;或在鋁合金板的底面銑出多個(gè)對(duì)稱的盲孔和盲槽形成整體剪切梁型稱重傳感器。這就使得秤體與稱重傳感器合二為一，即鋁合金板既是秤體臺(tái)面又是一個(gè)大板式稱重傳感器。以后者結(jié)構(gòu)的10t便攜式動(dòng)態(tài)電子輪軸秤為例，其尺寸為720mmx550mmx32mm，重量約為23kg。

(4)智能化

電子秤的稱重顯示控制器與電子計(jì)算機(jī)組合，利用電子計(jì)算機(jī)的智能來(lái)增加稱重顯示控制器的功能。使電子秤在原有功能的基礎(chǔ)上，增加推理、判斷、自診斷、自適應(yīng)、自組織等功能，這就是當(dāng)今市場(chǎng)上采用微機(jī)化稱重顯示控制器的電子秤與采用智能化稱重顯示控制器的電子秤的根本區(qū)別。

(5)綜合性

電子稱重技術(shù)的發(fā)展規(guī)律就是不斷的加強(qiáng)基礎(chǔ)研究并擴(kuò)大應(yīng)用，擴(kuò)展新技術(shù)領(lǐng)域，向相鄰學(xué)科和行業(yè)滲透，綜合各種技術(shù)去解決稱重計(jì)量、自動(dòng)控制、信息處理等問(wèn)題。例如在流量計(jì)量專業(yè)，如果按照傳統(tǒng)的理論和方法建造一套標(biāo)準(zhǔn)大流量測(cè)量系統(tǒng)，價(jià)格相當(dāng)昂貴。如果采用稱重法即質(zhì)量流量法，只要將重量和時(shí)間測(cè)量準(zhǔn)確，大流量的測(cè)量問(wèn)題就迎刃而解了。對(duì)某些商用電子計(jì)價(jià)秤而言，只具備稱重、計(jì)價(jià)、顯示、打印功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動(dòng)化緊密結(jié)合，使稱重、計(jì)價(jià)、進(jìn)庫(kù)、銷售管理一體化，實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化。這就要求電子計(jì)價(jià)秤能與電子計(jì)一算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的綜合控制系統(tǒng)。

(6)組合性

在工業(yè)稱重計(jì)量過(guò)程或工藝流程中，不少稱重計(jì)量系統(tǒng)還要求具有可組合性，即測(cè)量范圍等可以任意設(shè)定;硬件能夠依據(jù)一定的工作條件和環(huán)境作某些調(diào)整，硬件功能向軟件方向發(fā)展;軟件能按一定的程序進(jìn)行修改和擴(kuò)展;輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可以使用不同的語(yǔ)一言和條形碼，并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行通信。

三、我國(guó)電子秤的不足

現(xiàn)有便攜秤和電子秤的不足現(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧壓縮、拉伸變形來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。彈簧秤制造工藝要求較高，彈簧的疲勞問(wèn)題無(wú)法徹底解決，一旦超過(guò)彈簧彈性限度，彈簧秤就會(huì)產(chǎn)生很大誤差，以至損壞，影響到稱重的準(zhǔn)確性和可靠性，只是一種暫時(shí)的代用品，也被列入逐漸取消的行列。與彈簧度盤(pán)秤相比，臺(tái)式電子計(jì)價(jià)秤具有反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確度高、功能齊全、顯示直觀、使用方便等特點(diǎn)，在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍，但又存在較大的局限性:體積大、成本高、需要工頻交流電源供應(yīng)、攜帶不便、應(yīng)用場(chǎng)所受到制約。而月，目前臺(tái)式電子秤行業(yè)混亂、無(wú)序的狀況也引起了國(guó)家有關(guān)部門(mén)的高度重視。臺(tái)式電子秤產(chǎn)品質(zhì)量一直上不去，近年來(lái)抽樣合格率一直徘徊在40%-65%，2003年抽樣合格率僅51%。臺(tái)式電子秤產(chǎn)品質(zhì)量國(guó)家監(jiān)督抽查結(jié)果表明，我國(guó)臺(tái)式電子秤產(chǎn)品質(zhì)量合格廠一家的技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，通過(guò)JJG555-96《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī)程》(JJG555-96《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī)程》被國(guó)內(nèi)衡器行業(yè)喻之為“衡器圣經(jīng)”，在技術(shù)內(nèi)容上等效采用了OIMLR76國(guó)際規(guī)程。JJG555-96經(jīng)過(guò)全國(guó)范圍的宣傳，已普遍被國(guó)內(nèi)同行所接受，為我國(guó)非自動(dòng)衡器的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程與OIML的接軌奠定了基礎(chǔ)，是目前我國(guó)非自動(dòng)秤的唯一通用計(jì)量檢定規(guī)程。

四、發(fā)展前景

我國(guó)衡器行業(yè)使用面最廣、產(chǎn)銷量最大的計(jì)量產(chǎn)品是非自動(dòng)衡器。國(guó)際法制計(jì)量組織76號(hào)國(guó)際建議OIMLR76一非自動(dòng)衡器(它是目前國(guó)際上唯一的非自動(dòng)衡器通用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))中，明確規(guī)定非自動(dòng)衡器按大類分為非自動(dòng)天平與非自動(dòng)秤;按能否直接讀出稱量結(jié)果劃分，可分為有分度衡器與無(wú)分度衡器，目前我國(guó)在用的絕大多數(shù)機(jī)械、電子衡器均屬于能直接讀出稱量結(jié)果，故稱為有分度衡器:如按指示方式劃分，可分為自行指示衡器、半自行指示衡器與非自行指示衡器三種形式。其中非自行指示衡器主要指目前我國(guó)在用的固定式杠桿秤(如固定式杠桿地上衡)、移動(dòng)式杠桿秤(如移動(dòng)式杠桿案秤、臺(tái)秤)、機(jī)械杠桿式吊秤與靜態(tài)機(jī)械軌道衡等。半自行指示衡器主要指靠銘調(diào)整秤量的度盤(pán)秤(如郵包度盤(pán)秤)等。自行指示衡器在我國(guó)又可分為模擬指示秤、數(shù)字指示秤。模擬指示秤主要指彈簧度盤(pán)秤、度盤(pán)秤和人體秤等。數(shù)字指示秤主要指電子案秤(如電子計(jì)價(jià)秤、電子計(jì)重秤、計(jì)數(shù)秤、條碼打印計(jì)價(jià)秤、電子?jì)雰撼?、電子廚房秤和電子郵政秤等)、電子臺(tái)秤、固定式電子秤(如電子地上衡、電子汽車(chē)衡、電子行李秤與電子料斗秤等)、電子吊秤、機(jī)電秤、光柵秤、光柵數(shù)顯靜態(tài)軌道衡與靜態(tài)電子軌道衡等。OIMLR76中對(duì)于有分度衡器又分為單分度值秤與多分度值秤;按秤量分為單稱量范圍秤與多稱量范圍秤。目前我國(guó)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中列入的十大類衡器(案秤、臺(tái)秤、地上衡、地中衡、吊秤、皮帶秤、料斗秤、檢驗(yàn)秤、軌道衡和特種秤)均已實(shí)現(xiàn)了電子化。據(jù)近期統(tǒng)計(jì)，工業(yè)用衡器(按銷售量統(tǒng)計(jì))中的電子產(chǎn)品已占三分之二左右，技術(shù)水平比較成熟的靜態(tài)衡器的計(jì)量范圍可以從1ug到800t，部分非自動(dòng)衡器(如電子計(jì)價(jià)秤、電子臺(tái)秤、電子地上衡、電子皮帶秤、電子吊秤和電子軌道衡等)已達(dá)到國(guó)際九十年代初期水平，隨著我國(guó)加入WTO組織，經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的開(kāi)放度加大，一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的衡器產(chǎn)品和技術(shù)(如定量包裝秤、自動(dòng)重量檢驗(yàn)秤、標(biāo)簽計(jì)價(jià)秤、電腦組合秤、耐壓式計(jì)量給煤機(jī)等，以及應(yīng)變計(jì)、稱重傳感器、稱重顯示器生產(chǎn)技術(shù))進(jìn)入我國(guó)，這對(duì)電子秤的進(jìn)一步普及和提高必將產(chǎn)生積極的、巨大的影響。