電子秤科學(xué)發(fā)展論文
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一、國內(nèi)外電子秤量系統(tǒng)現(xiàn)狀
近幾年，我國的電子稱重系統(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)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展，從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展，從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(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。國內(nèi)電子稱重技術(shù)基本達(dá)到國際上20世紀(jì)90年代中期的水平，少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平。國內(nèi)的電子秤市場中，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，通過壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，并通過控制電路來處理該電信號。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，市場上有多種規(guī)格可供選擇，而且可以針對彈性敏感元件的形式可以靈活設(shè)計(jì)來適應(yīng)各種應(yīng)用場合的要求，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)變片的輸出信號很小、線性范圍窄，而且動態(tài)響應(yīng)較差，有待進(jìn)一步開發(fā)。在國際上，一些發(fā)達(dá)國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
電子秤是載于秤的臺座、盤、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，為勞動密集型產(chǎn)品。電子秤產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢是小型化、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。對于低容量的電子平臺秤和電子輪軸秤，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。對中等或較大容量的電子平臺秤、電子地上衡，已經(jīng)出現(xiàn)了采用方形或長方形閉合截面的薄壁型鋼，并聯(lián)排隊(duì)列焊接成一個整體的竹排式結(jié)構(gòu)的秤體，4個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)。對于大型電子平臺秤，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
對于大型或超大型的承載器結(jié)構(gòu)，如大型靜動態(tài)電子汽車衡等，己開始采用幾種長度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的模塊，經(jīng)過分體組合，而產(chǎn)生新的品種和規(guī)格。以5、6、7m長的同寬度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。同時還降低了成本，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭能力。
(3)集成化
某些品種和結(jié)構(gòu)的例如小型電子平臺秤、專用秤、便攜式靜動態(tài)電子輪軸秤、靜動態(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)過固溶熱處理強(qiáng)化的鋁合金板，或通過在4個角上鉆孔和銑槽分別形成4個懸臂梁型稱重傳感器;或在鋁合金板的底面銑出多個對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面又是一個大板式稱重傳感器。以后者結(jié)構(gòu)的10t便攜式動態(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、自動控制、信息處理等問題。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)大流量測量系統(tǒng)，價格相當(dāng)昂貴。如果采用稱重法即質(zhì)量流量法，只要將重量和時間測量準(zhǔn)確，大流量的測量問題就迎刃而解了。對某些商用電子計(jì)價秤而言，只具備稱重、計(jì)價、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，把稱重與管理自動化緊密結(jié)合，使稱重、計(jì)價、進(jìn)庫、銷售管理一體化，實(shí)現(xiàn)管理自動化。這就要求電子計(jì)價秤能與電子計(jì)一算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。
(6)組合性
在工業(yè)稱重計(jì)量過程或工藝流程中，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，彈簧的疲勞問題無法徹底解決，一旦超過彈簧彈性限度，彈簧秤就會產(chǎn)生很大誤差，以至損壞，影響到稱重的準(zhǔn)確性和可靠性，只是一種暫時的代用品，也被列入逐漸取消的行列。與彈簧度盤秤相比，臺式電子計(jì)價秤具有反應(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)用場所受到制約。而月，目前臺式電子秤行業(yè)混亂、無序的狀況也引起了國家有關(guān)部門的高度重視。臺式電子秤產(chǎn)品質(zhì)量一直上不去，近年來抽樣合格率一直徘徊在40%-65%，2003年抽樣合格率僅51%。臺式電子秤產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查結(jié)果表明，我國臺式電子秤產(chǎn)品質(zhì)量合格廠一家的技術(shù)水平已達(dá)到國際先進(jìn)水平，通過JJG555-96《非自動秤通用檢定規(guī)程》(JJG555-96《非自動秤通用檢定規(guī)程》被國內(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國際規(guī)程。JJG555-96經(jīng)過全國范圍的宣傳，已普遍被國內(nèi)同行所接受，為我國非自動衡器的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程與OIML的接軌奠定了基礎(chǔ)，是目前我國非自動秤的唯一通用計(jì)量檢定規(guī)程。
四、發(fā)展前景
我國衡器行業(yè)使用面最廣、產(chǎn)銷量最大的計(jì)量產(chǎn)品是非自動衡器。國際法制計(jì)量組織76號國際建議OIMLR76一非自動衡器(它是目前國際上唯一的非自動衡器通用國際標(biāo)準(zhǔn))中，明確規(guī)定非自動衡器按大類分為非自動天平與非自動秤;按能否直接讀出稱量結(jié)果劃分，可分為有分度衡器與無分度衡器，目前我國在用的絕大多數(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在用的固定式杠桿秤(如固定式杠桿地上衡)、移動式杠桿秤(如移動式杠桿案秤、臺秤)、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)整秤量的度盤秤(如郵包度盤秤)等。自行指示衡器在我國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秤、度盤秤和人體秤等。數(shù)字指示秤主要指電子案秤(如電子計(jì)價秤、電子計(jì)重秤、計(jì)數(shù)秤、條碼打印計(jì)價秤、電子?jì)雰撼?、電子廚房秤和電子郵政秤等)、電子臺秤、固定式電子秤(如電子地上衡、電子汽車衡、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。目前我國產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中列入的十大類衡器(案秤、臺秤、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，部分非自動衡器(如電子計(jì)價秤、電子臺秤、電子地上衡、電子皮帶秤、電子吊秤和電子軌道衡等)已達(dá)到國際九十年代初期水平，隨著我國加入WTO組織，經(jīng)濟(jì)市場的開放度加大，一批具有國際先進(jìn)水平的衡器產(chǎn)品和技術(shù)(如定量包裝秤、自動重量檢驗(yàn)秤、標(biāo)簽計(jì)價秤、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，這對電子秤的進(jìn)一步普及和提高必將產(chǎn)生積極的、巨大的影響。