数字化衡器

数字化衡器

导读:本文主要介绍了数字化衡器的实现方式和特点

衡器按指标形式可以分为数字指示式、模拟指示
式和非自行指示式3种，而数字指示式衡器所用的传
感器分为模拟式传感器和数字式传感器或数字式接
线盒式。 为了描述简单起见，本文将数字式传感器或
数字式接线盒式的数字指示式衡器均称为“数字化”
衡器。作为衡器设计从业人员，笔者根据自己对数字化衡
器基本原理的了解， 并结合市场上常见的几种类型的
“数字式衡器”作一分析，以便于用户在未来购买电子衡
器产品时更好地进行产品选型。
普通电子衡器中的信息传递流如下：
重量→传感器应变→模拟式传感器桥路的应变电
压信号输出→模拟接线盒→仪表A/D转化为数字量→
重量信号处理→仪表显示、打印输出
从中不难看出，在信息传递流中大部分位置都是模
拟量信息，而模拟量信息存在传递损耗、易受干扰等缺
点，为了克服这些缺点，欧美从20世纪80年代初就提出
了数字化衡器的概念。
所谓数字化衡器，主要核心就是在电子衡器的信息
传递流中尽早将信息数字化，以避免后续信息传递过程
中的信息失真。
数字化衡器实现方法有两类：一是数字式传感器，
在传感器桥路应变电压信号的后端直接数字化； 二是
数字化接线盒， 在接线盒中将模拟称重信号转换为数
字信号。
由上可见， 似乎实现数字化衡器的方法非常简
单， 只要把仪表中的A/D搬到传感器中或接线盒中就
可以了。那为何衡器界的若干巨头在数字化衡器上都
耗费了大量研发经费和人力，其中的技术瓶颈又在何
处呢？就计量性能而言，用好的模拟式传感器做普通电子
衡器完全可以做到分度数为3000e的三级秤，所以，数字
化衡器需要解决提高计量准确度的问题，以便与普通电
子衡器拉开差距。 众所周知， 模拟传感器因为设计、材
料、工艺等存在非线性误差、零点温度误差、量程系数温
度误差、不同温度下的蠕变误差、滞后误差等问题，实现
高精度计量就必须对这些误差进行数字补偿，这方面一
些国际巨头拥有大量技术专利。 目前，能在数字式传感
器中对这些误差全方位进行补偿的产品还非常有限，大
部分数字传感器并未做数字补偿或仅对线性或温度性
能做补偿，这一点可以通过数字式传感器标签上的计量
性能来判断其优劣。 在模拟传感器配数字化接线盒方
式下是无法实现全方位的传感器性能数字式补偿的，所
以计量性能通常不会比模拟式电子衡器提高多少，除非
二者出于同一制造商，并在出厂时一一对应后进行数字
化补偿。
就防护等级而言，无论数字化衡器的实现方式还是
采用数字式传感器或是数字化接线盒，都面临着将对环
境因素极为敏感的高精度电子元器件放置在恶劣现场
的问题，需要考虑防水、防潮、防腐蚀、抗电磁干扰、防雷
击等问题。 如果在设计和制造工艺中不考虑其可靠性
问题， 整个数字化衡器的可靠性就比模拟式衡器差许
多。另外，模拟式传感器因为不含储能器件，在防爆性能
上是安全的，而数字式传感器要实现防爆则有许多技术
难点，仅有少数厂商可以做到。
根据笔者的经验，识别数字化衡器性能优劣的依据
主要有4点：（1）数字式传感器或数字化接线盒铭牌标签
上的IP防护等级；（2）计量性能指标；（3）是否通过电磁
兼容测试，如是否有CE或FCC标志等；（4）用户口碑，实
际使用效果。
由于数字化衡器在前端就将重量信号数字化了，整
个衡器的称重动态响应性能取决于三大因素：（1）A/D
采样和输出速率；（2）多路传感器的输出同步最小延
数字化衡器的分类和选型建议