數(shù)字化測量概述

為了適應動態(tài)測量的需要?在 動態(tài)稱重測力系統(tǒng)中?為系統(tǒng)輸入 端的傳感器至關重要。特別在需要 智能化的場合?傳感器的直接或間 接數(shù)字化已必不可少?此時測量不 確定度和測量速度往往是一對矛 盾?兩者很難兼得?而須根據(jù)實際情 況作折衷選擇。

在稱重測力領域? 我國目前大量生產(chǎn)和應用的都是傳 統(tǒng)的模擬式傳感器。模擬信號的輸 出較小?以生產(chǎn)量Z大的、采用電阻 應變原理的稱重測力傳感器為例? 一般Z大輸出為30～40mV?故其信 號受易射頻干擾和電磁干擾?電纜 傳輸距離也短?通常在10m 以內(nèi)。

而同樣是電阻應變式的數(shù)字化 傳感器?其輸出信號可達4V?是模 擬式傳感器的100倍。強信號電纜 傳輸距離可在150m?附加電源后則 可超過600m。 人們一直在為改善模擬式稱重 測力傳感器性能所需的各種補償而 耗時耗力?特別是在尋求廉價的靈 敏度溫度補償?零點溫度補償?非線 性補償、滯后補償、蠕變補償?以及 它們之間可能存在的交互（耦合）作 用的補償機理和補償辦法。

而數(shù)字補償技術卻為此提供了新的解決途 徑?因為即使是基于微處理機的數(shù) 字化傳感器也能夠通過線路設計和 軟件設計實現(xiàn)數(shù)字補償。 在使用多個傳感器并聯(lián)的容器 稱重系統(tǒng)（料斗秤或配料秤）、平臺 稱重系統(tǒng)或秤橋（汽車衡或軌道衡） 中?利用數(shù)字系統(tǒng)可實現(xiàn)“自校準”。 這是因為多通道的數(shù)字傳感器系 統(tǒng)?不存在阻抗匹配問題；用戶輸入 各傳感器的地址、秤量和靈敏度?即 可自動進行秤的“四角”或“邊角”平 衡?不必一次次地反復調(diào)整?而在模 擬系統(tǒng)中多個傳感器并聯(lián)接線后? 每個傳感器的特性就不再是可辨別的了?校準時需要在每一個傳感器 上施加砝碼并利用接線盒中的分壓 器進行調(diào)整；由于調(diào)整時存在著交 互作用?因而需反復多次。在數(shù)字 系統(tǒng)中?則允許分別復核作為單體 的每一個傳感器。

實際上?校準裝 有數(shù)字傳感器系統(tǒng)的秤所花費的時 間?僅為模擬系統(tǒng)的1／4。 利用數(shù)字系統(tǒng)可以實現(xiàn)“自診 斷”?即診斷程序會連續(xù)地檢查各傳 感器信號是否中斷、輸出是否明顯 超出范圍等。若有問題?在儀表或 控制器面板上會自動顯示或報警? 用戶利用面板上的鍵即可尋找各個 傳感器?獨立地確定問題原因并進 行故障排除。這種直覺診斷和故障 排除能力?對用戶顯然是一種重要 優(yōu)點；而在模擬傳感器系統(tǒng)中則是 很難以低成本實現(xiàn)的。 在稱重測力領域中?典型模擬 傳感器系統(tǒng)的模數(shù)變換器有16比 特?即有50000個可用計數(shù)；而數(shù)字 系統(tǒng)中每一個傳感器的分辨率為20 比特?即有1000000個可用計數(shù)。

所以?一個裝有4個數(shù)字傳感器的 系統(tǒng)即可提供4000000個計數(shù)的 分辨率。這種高分辨率的優(yōu)點?特 別適用于秤架自重大而被稱物重量 小的場合。例如在配料稱重系統(tǒng) 中?有時其中某配方的物料僅占很 小比例?但準確度要求卻仍然很高。 這在傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)中同樣是很難 實現(xiàn)的。

目前?傳感器數(shù)字化的方式通常 有兩種。一種是將 A／D 變換連同前 級的放大、濾波及后級的微處理機芯 片、溫度敏感元件等一起?放在傳感 器殼體的內(nèi)部?形成一個整體。由于 傳感器的輸出已經(jīng)是數(shù)字信號?所以 稱重儀表中的模擬信號處理單元可 以取消?其結(jié)構(gòu)得以簡化。另一種是 傳感器本身一切照舊?而只是將 A／D 變換等放到附近的接線盒（Module? 也稱模塊）中。前者稱為整體型?后 者稱為分離型。一臺普通的雙剪切 梁傳感器大約包括11個電子元件? 共有30個焊點。變成整體的數(shù)字式 傳感器后?目前包括約60個電子元 件和350個以上焊點。傳感器的平 均無故障時間（MTBF）是與其包含的 電子元件數(shù)和焊點數(shù)成反比的?因而 整體型數(shù)字稱重傳感器的可靠性顯 然有所下降。 分散型數(shù)字稱重傳感器?或確 切地說數(shù)字稱重系統(tǒng)?用基于微處 理機的數(shù)字傳感器模塊替代了通常 的接線盒。

每個傳感器信號的高速 和高分辨率的 A／D 變換?就是在此 模塊中完成的?Z多可以接12只傳 感器。數(shù)據(jù)或資料被數(shù)字化后?通 過串行通信接口?傳輸?shù)?ldquo;數(shù)字過程 稱重控制器”。這種光耦合式的數(shù) 字數(shù)據(jù)或資料的連結(jié)?可傳輸高電 平數(shù)字信號而不受射頻干擾和電磁 干擾等電噪聲的任何影響。 顯然?分散型方式更適宜于在 原有模擬稱重系統(tǒng)的基礎上?不必 更換傳感器就可以向數(shù)字稱重系統(tǒng) 發(fā)展?不失為對傳統(tǒng)技術改造的一 條捷徑。可以預見?數(shù)字傳感器和 數(shù)字稱重測力系統(tǒng)在我國的發(fā)展將 會是很快的。