電子汽車衡稱重傳感器性能差異對比分析

劉頌頌，徐照龍，安佰玲，程偉元，秦緒娟

（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276806）

電子汽車衡主要由秤體、稱重傳感器及數(shù)據(jù)線、接線盒、稱重儀表等部分組成，為了更好地應(yīng)用電子汽車衡進(jìn)行計(jì)量作業(yè)，認(rèn)知不同類型稱重傳感器性能差異影響的研究是非常必要的。

1 電子汽車衡工作原理

電子汽車衡依據(jù)傳感器類型不同，分為數(shù)字式電子汽車衡和模擬式電子汽車衡。

模擬式電子汽車衡的工作原理是：被計(jì)量測試物的質(zhì)量垂直作用在電子汽車衡的稱臺上，電子汽車衡的稱臺將被測物質(zhì)量傳遞給傳感器，使傳感器的彈性體產(chǎn)生變形，進(jìn)而使傳感器貼于彈性體上并組成惠斯特電橋應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，電橋平衡被打破，輸出一個與被測量大小成線性關(guān)系的電壓信號。因模擬式稱重傳感器的靈敏度稍有差別，故在同一被測量物的作用下每個傳感器的電壓輸出略有不同，影響稱量的一致性，因此需要在系統(tǒng)中接入一個接線盒，把每個傳感器的輸出信號調(diào)成一致，從接線盒輸出的電壓信號接入稱重儀表，經(jīng)儀表處理后，以數(shù)字形式顯示出計(jì)量結(jié)果。

數(shù)字式電子汽車衡工作原理：在模擬電子汽車衡傳感器內(nèi)部安裝放大濾波、A/D 轉(zhuǎn)換、微處理芯片和溫度敏感元件等組成的數(shù)字處理電路，使用電子束焊和激光焊進(jìn)行密封。采用數(shù)字變送，克服了模擬稱重傳感器的信號小、傳輸距離短、抗干擾能力差、防作弊能力差等缺點(diǎn)。利用微處理芯片已存入的程序軟件，實(shí)施各項(xiàng)數(shù)電子汽車衡傳感器依據(jù)字補(bǔ)償工藝，進(jìn)行綜合性能測試和檢定，使其輸出的數(shù)字信號符合技術(shù)要求。

2 不同類型稱重傳感器性能差異影響

數(shù)字式電子汽車衡稱重傳感器系統(tǒng)是在傳統(tǒng)模擬傳感器基礎(chǔ)上，綜合現(xiàn)代微電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來的一種電子稱重技術(shù)［1］。本文通過數(shù)據(jù)分析來重點(diǎn)闡述兩種類型稱重傳感器性能差異對性價比、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性等方面的影響。

2.1 兩種類型傳感器性價比較

日鋼鋼鐵有限公司現(xiàn)有電子汽車衡34 臺，其中模擬式電子汽車衡7 臺，數(shù)字式電子汽車衡27臺。2019—2020 年模擬與數(shù)字稱重傳感器使用及費(fèi)用支出情況見表1。

表1 2019—2020年模擬與數(shù)字稱重傳感器使用及費(fèi)用支出情況

從表1中發(fā)現(xiàn)，數(shù)字式稱重傳感器年更換數(shù)量為4臺，遠(yuǎn)低于模擬式稱重傳感器更換數(shù)量。雖然數(shù)字式稱重傳感器單價較模擬傳感器高240%，但其使用壽命較模擬傳感器高286%，且單臺數(shù)字稱重傳感器年維護(hù)費(fèi)用（更換費(fèi)用均攤）僅為模擬傳感器13.46%。由此可見，數(shù)字式稱重傳感器性價比高于模擬傳感器。

2.2 兩種類型傳感器穩(wěn)定性比較

2019—2020 年日照鋼鐵有限公司因傳感器導(dǎo)致電子汽車衡運(yùn)行故障情況見表2。

數(shù)字式稱重傳感器大多使用軍標(biāo)的航空插頭，不但保證了IP68 的防護(hù)等級，而且使得傳感器與電纜線成為兩個獨(dú)立的器件，更換傳感器或電纜更方便，具有自動采集預(yù)處理、存貯和記憶功能，并具有唯一標(biāo)記［2］，多個傳感器并聯(lián)組秤后，可分別檢查每個傳感器的狀態(tài)。數(shù)字傳感器更換時只需將相關(guān)參數(shù)輸入新傳感器，無需進(jìn)行系統(tǒng)的重新標(biāo)定，故而平均故障處理時間僅為17 min。模擬式稱重傳感器故障判斷較為復(fù)雜，有可能需要千斤頂頂起秤體后逐個排查傳感器使用情況或使用萬用表逐個測量稱重傳感器輸出信號、輸入輸出電阻等，故障處理時間較長。

從故障率情況分析，數(shù)字稱重傳感器故障率僅為模擬傳感器的13.11%。因此，數(shù)字式稱重傳感器在使用穩(wěn)定性方面高于模擬傳感器。

2.3 兩種類型傳感器精準(zhǔn)性能比較

模擬式稱重傳感器因出廠時靈敏度稍有差別，且在使用中各個傳感器老化程度不一［3］，加重了傳感器的靈敏度不一致性，以致同一被測量物的作用下每個傳感器的輸出信號（數(shù)據(jù)）不同。數(shù)字式稱重傳感器具有唯一標(biāo)記，多傳感器并聯(lián)組秤后，由稱重儀表檢查每個傳感器狀態(tài)。通過稱重儀表調(diào)整傳感器系數(shù)，補(bǔ)償稱重傳感器的輸出信號。

檢定不同類型的電子汽車衡，檢定前發(fā)現(xiàn)模擬式電子汽車衡與數(shù)字式電子汽車衡準(zhǔn)確性能差異較大。根據(jù)JJG539—2016 數(shù)字指示秤檢定規(guī)程，通過對比不同類型電子汽車衡檢定前數(shù)據(jù)，在零點(diǎn)、偏載、稱量點(diǎn)、重復(fù)性等諸多測試環(huán)節(jié)中，數(shù)字式電子汽車衡準(zhǔn)確度均高于模擬汽車衡，見圖1。

圖1 模擬與數(shù)字稱重傳感器準(zhǔn)確度比較

3 結(jié)語

不同類型稱重傳感器性能差異對計(jì)量性價比、汽車衡穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性影響較大。模擬式稱重傳感器較數(shù)字傳感器優(yōu)勢在于單臺價格較低，前期投入成本相對較小，但中后期維護(hù)成本高，稱重傳感器使用壽命短，穩(wěn)定性能較差，且計(jì)量精度難以保障。從長遠(yuǎn)考慮，建議采用數(shù)字汽車衡。