電子秤科學發展論文

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一、國內外電子秤量系統現狀

近幾年，我國的電子稱重系統從最初的機電結合型發展到現在的全電子型和數字智能型。電子稱重技術逐漸從靜態稱重向動態稱重發展，從模擬測量向數字測量發展，從單參數測量向多參數測量發展。電子稱重系統制造技術及其應用得到了新發展。國內電子稱重技術基本達到國際上20世紀90年代中期的水平，少數產品的技術已處于國際領先水平。國內的電子秤市場中，1009左右量程的電子秤精度一般為0.019即10mg。在研究方法上，電子稱重系統的工作原理一般是將作用在承載器上的質量或力的大小，通過壓力傳感器轉換為電信號，并通過控制電路來處理該電信號。其中壓力傳感器大多數采用電阻應變片壓力傳感器，由于應變片的體積較小，市場上有多種規格可供選擇，而且可以針對彈性敏感元件的形式可以靈活設計來適應各種應用場合的要求，所以應變片式壓力傳感器得到廣泛的應用。但是電阻應變片壓力傳感器的一個嚴重缺陷是應變靈敏度、應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。在不同的環境中，應變片的阻值發生變化，輸出零點漂移明顯。并且應變片的輸出信號很小、線性范圍窄，而且動態響應較差，有待進一步開發。在國際上，一些發達國家在電子稱重力一面，從技術水平、品種和規模等方面都達到了較高的水平。特別是在準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的BBK4系列高精度電子秤精度達到了1mg，速度大約為1次/秒。目前，電子秤在稱量速度方面需要進一步的研究。

二、電子秤的發展趨勢

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平衡，而由儀器數字顯示的電子衡器。電子秤集機、電、儀于一體，具有多功能、高精度、快速和動態計量、穩定可靠等特征，代表了衡器產品發展的方向。電子秤屬于日用衡器，為勞動密集型產品。電子秤產品總的發展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化;其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩定性高、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構充分體現了體積小、高度低、重量輕(即小、薄、輕)的發展方向。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，形成低外形的秤體結構，稱重傳感器的數量和位置由秤的額定載荷和力學要求計算決定。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，極大地減化了秤體結構，減少了活動連接環節，不但降低了成本，而且提高了穩定性和可靠性。對中等或較大容量的電子平臺秤、電子地上衡，已經出現了采用方形或長方形閉合截面的薄壁型鋼，并聯排隊列焊接成一個整體的竹排式結構的秤體，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，安裝在稱重傳感器承力點上的固定支承就是秤體的承力支點，既減化了承力傳力機構，又節省了秤體高度，這是一種很有發展一前途的秤體結構。對于大型電子平臺秤，可利用有限單元法進行等強度和剛度計算，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構，如大型靜動態電子汽車衡等，己開始采用幾種長度的標準結構的模塊，經過分體組合，而產生新的品種和規格。以5、6、7m長的同寬度3種標準模塊為例，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種規格的分體式秤體結構。當然在實際應用中，根據各行業用戶的需要，選擇其中10余種常用的標準規格即可。這種模塊化的分體式秤體結構，不僅提高了產品的通用性、互換性和可靠性，而且也大大地提高了生產效率和產品質量。同時還降低了成本，增強了企業的市場競爭能力。

(3)集成化

某些品種和結構的例如小型電子平臺秤、專用秤、便攜式靜動態電子輪軸秤、靜動態電子軌道衡等，都可以實現秤體與稱重傳感器，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電子輪軸秤，多用硬鋁合金厚板制成。其結構原理是經過固溶熱處理強化的鋁合金板，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。以后者結構的10t便攜式動態電子輪軸秤為例，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算機組合，利用電子計算機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上，增加推理、判斷、自診斷、自適應、自組織等功能，這就是當今市場上采用微機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別。

(5)綜合性

電子稱重技術的發展規律就是不斷的加強基礎研究并擴大應用，擴展新技術領域，向相鄰學科和行業滲透，綜合各種技術去解決稱重計量、自動控制、信息處理等問題。例如在流量計量專業，如果按照傳統的理論和方法建造一套標準大流量測量系統，價格相當昂貴。如果采用稱重法即質量流量法，只要將重量和時間測量準確，大流量的測量問題就迎刃而解了。對某些商用電子計價秤而言，只具備稱重、計價、顯示、打印功能還遠遠不夠，現代商業系統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合，使稱重、計價、進庫、銷售管理一體化，實現管理自動化。這就要求電子計價秤能與電子計一算機聯網，把稱重系統與計算機系統組成一個完整的綜合控制系統。

(6)組合性

在工業稱重計量過程或工藝流程中，不少稱重計量系統還要求具有可組合性，即測量范圍等可以任意設定;硬件能夠依據一定的工作條件和環境作某些調整，硬件功能向軟件方向發展;軟件能按一定的程序進行修改和擴展;輸入輸出數據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據處理設備進行通信。

三、我國電子秤的不足

現有便攜秤和電子秤的不足現有的便攜秤為桿秤或以彈簧壓縮、拉伸變形來實現計量的彈簧秤，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，彈簧秤就會產生很大誤差，以至損壞，影響到稱重的準確性和可靠性，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，臺式電子計價秤具有反應靈敏、準確度高、功能齊全、顯示直觀、使用方便等特點，在商業貿易中的使用已相當普遍，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、攜帶不便、應用場所受到制約。而月，目前臺式電子秤行業混亂、無序的狀況也引起了國家有關部門的高度重視。臺式電子秤產品質量一直上不去，近年來抽樣合格率一直徘徊在40%-65%，2003年抽樣合格率僅51%。臺式電子秤產品質量國家監督抽查結果表明，我國臺式電子秤產品質量合格廠一家的技術水平已達到國際先進水平，通過JJG555-96《非自動秤通用檢定規程》(JJG555-96《非自動秤通用檢定規程》被國內衡器行業喻之為“衡器圣經”，在技術內容上等效采用了OIMLR76國際規程。JJG555-96經過全國范圍的宣傳，已普遍被國內同行所接受，為我國非自動衡器的標準、規程與OIML的接軌奠定了基礎，是目前我國非自動秤的唯一通用計量檢定規程。

四、發展前景

我國衡器行業使用面最廣、產銷量最大的計量產品是非自動衡器。國際法制計量組織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準)中，明確規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機械、電子衡器均屬于能直接讀出稱量結果，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)、機械杠桿式吊秤與靜態機械軌道衡等。半自行指示衡器主要指靠銘調整秤量的度盤秤(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。數字指示秤主要指電子案秤(如電子計價秤、電子計重秤、計數秤、條碼打印計價秤、電子嬰兒秤、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、機電秤、光柵秤、光柵數顯靜態軌道衡與靜態電子軌道衡等。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。目前我國產品標準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、檢驗秤、軌道衡和特種秤)均已實現了電子化。據近期統計，工業用衡器(按銷售量統計)中的電子產品已占三分之二左右，技術水平比較成熟的靜態衡器的計量范圍可以從1ug到800t，部分非自動衡器(如電子計價秤、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)已達到國際九十年代初期水平，隨著我國加入WTO組織，經濟市場的開放度加大，一批具有國際先進水平的衡器產品和技術(如定量包裝秤、自動重量檢驗秤、標簽計價秤、電腦組合秤、耐壓式計量給煤機等，以及應變計、稱重傳感器、稱重顯示器生產技術)進入我國，這對電子秤的進一步普及和提高必將產生積極的、巨大的影響。