稱重變送控制器儀表的解析

孔令文 鞏偉 宋勇

摘要：稱重變送控制器集稱量顯示、控制和重量信號變送于一體，被人們廣泛的應用各種稱重、測力、配料等多個方面的內容。從實際應用情況來看，稱重變送控制器在使用的時候具有安裝操作方便、測量精準的特點。文章在闡述稱重變送控制器原理結構的基礎上，就其應用功能和軟硬件設計問題進行探究，旨在促進稱重變送控制器在更多領域的應用。

關鍵詞：稱重變送控制器；原理；結構；應用

稱重變送控制器是一種集合多種承重、測力、配料、稱量數據采集的場合，在使用的過程中儀表的形式多樣，但是功能和結構基本相同，在具體使用的時候會根據實際要求來控制承重的物體，從而形成一個閉環測控系統，實現對所測量物體的完整測量。為了有效防止測量誤差的出現，在具體測量應用操作的過程中需要相關人員加強對稱重變送控制器儀表使用的關注。

一、稱重變送控制器原理和結構

稱重變送控制器是以一體化單片微電腦為核心、標定和基本設定工作參數應用相關設備進行保存，之后由傳感器輸出重量信號，并由放大器進行放大處理。二階低通在經過濾波器處理之后，會將處理之后信息送到高精度的A/D轉換器中，之后以數字量、微電腦的形式轉入到處理器中，進行運算處理。第一，高速定量分裝系統。高速定量分裝系統主要由微機控制承重傳感器的承重系統進行操作，在操作的過程中能夠結合實際情況輸出相應的控制信號，在信號的作用下執行定值稱量操作。稱重變送控制器系統主要由MCS-51單片機和V/F電壓頻率變換器組成，BCD拔碼盤是定值設定輸入器，在使用的時候能夠輸出和重量成正比的信號。在定值分裝控制系統中，稱重傳感器深刻影響電子秤的測量精準度。第二，電子皮帶秤的數學應用原理。新型電子皮帶秤測量系統皮帶驅動傳送機械部分和傳統的電子皮帶秤相同，系統構成包含齒輪盤、磁電式的轉速傳感器等，能夠有效測量稱重變速控制器的轉動輪轉動速度。

二、稱重變送控制器儀表的硬件設計

稱重變送控制器硬件設計的基本思想是在滿足承重變送器高精確度要求的基礎上，結合軟件算法，在控制器設計的時候盡可能采取有效方式來降低硬件設計成本。稱重變送控制器涉及到硬件濾波、前置放大器、參考電壓網絡、多路模擬開關、可編程放大器等。

（一）可編程放大器

稱重變送控制器信號處理的基本范圍是0-36mV，在使用的過程中要求在其中的量程變化需要是無級的。但是從當前數字增益的實際情況來看，放大器的PGA使用不僅成本費用高昂，而且也無法滿足實際設計應用需求。放大器增益計算公式具體如下所示：K=1+100K/Rg。這樣設計的一個重點內容是選擇一種精確度高的數字電位器，在數字電位器的作用下更好的滿足精益設計變化需求。在使用的過程中為了避免出現溫漂引起的電位器電阻變化問題，可以將可編程放大器的增益變化范圍設定我在25.2-211.8之間。

（二）A/D轉換器

A/D轉換器應用某公司設計的24位轉換器，這種類型的轉換器應用電荷平衡技術和極低噪聲的可編程增益斬波穩定測量放大器，在達到24位的時候分辨率能夠計算出結果。這種轉換器內置可編程增益放大器是PGJA，它的模擬輸出能夠直接處理各種傳感器的輸出信號，并結合實際情況簡化傳感器的接口設計。為了能夠更好的滿足設計需求，在內置增益級別的基礎上額外設置一個1，從而有效提升多級可編程數字濾波器的使用成效和赫茲轉換頻率。另外，在轉換器的內部還會額外配備一個自校正系統，在該系統的作用下能夠有效消除A/D轉換器本身存在的誤差，解決系統通道失調的問題。

（三）六線制長線補償法

傳統的四線制補償法在使用的時候存在以下三個方面的問題：第一，在改變電纜長度之后會出現承重結構的系統誤差。第二，在溫度發生變化的時候，電纜電阻在使用的時候也會出現稱重誤差。第三，在激勵電源不穩定的情況下會出現稱重誤差。為了解決四線制補償法應用問題，相關人員研究出了六線制長線補償法，在應用這種方法之后有效提升了轉換器指標的穩定性。

（四）控制模塊的模式功能

第一，料位秤的模式。在控制模式選項CF是0的時候，儀表會以料位秤的模式進行控制，工作流程如圖一所示。第二，配料秤的工作模式。在配料秤工作模式CF是1的時候，儀表會以配料秤的模式進行控制，具體工作流程如圖二所示。第三，定值秤模式。在控制模式的選擇項CF是2的時候，儀表會以定值的模式來開展相關控制 工作，具體過程如圖三所示。

三、稱重變送控制器儀表的安裝和接線

（一）稱重變送控制器儀表和承重傳感器的連接

在承重變送控制器和承重傳感器連接的時候需要計算出傳感器的測量里程是否和儀表匹配，為了得到精準的測量結果，在測量操作的時候需要關注以下幾個測量數據：第一，秤砣的量程；第二，固定荷載；第三，傳感器的使用個數。

（二）現場布線技術的使用要求

第一，儀表在和多個傳感器并聯操作的時候需要額外使用補償接線盒，從而在一定程度上避免出現因為傳感器靈感度不夠而引發的測量誤差。第二，傳感器到儀表之間輸出的模擬信號線要應用屏蔽電纜。在使用屏蔽電纜的時候，屏蔽電纜的電纜層需要和在儀表的另外一端進行單獨接地操作。第三，傳感器和補償接線盒之間的連線距離誤差需要控制在10m以內，不長接線盒和儀表要使用專門的屏蔽電纜，以六線的形式進行連接，且連線距離需要控制在80m以內。第四，儀表變送輸出。電流信號接口和終端顯示器進行連接的時候，二者之間的距離需要控制在200m范圍內，電壓信號在50m范圍內要能夠被清楚的感知。

四、稱重變送控制器儀表濾波技術

稱重變送控制器數據信息的收集會受到外界隨機信號的干擾，在這樣的發展背景下為了消除這種干擾，提升信號質量，需要在傳感器和A/D轉換器之間額外增加有源或者無源頭的呂濾波網絡，在添加濾波網絡之后形成模擬濾波器，應用模擬濾波器對信號實施頻率濾波。但是從實際使用情況來看，模擬濾波器在使用的時候會受到電容量的干擾，在低頻的狀態下往往無法獲得足夠的數據信息。而數字濾波的應用則是能夠提升數據信息處理的精準性。數字濾波在稱重變送控制器儀表中應用的時候會涉及到兩種數字濾波算法。第一，防脈沖干擾平均數值濾波。在脈沖干擾比較嚴重的地區不能使用一般的平均值算法，而是需要在去掉稱重變送器原始數據信息的情況下對每個數點連續采樣八次，在去掉兩個最大值和最小值之后，取剩下數字的平均數值，打造采樣數值隊列，為二次濾波操作提供支持。第二，滑動平均值濾波。在應用滑動平均值濾波的時候需要先在RAM中打造一個數據緩沖區，之后將獲取到的八個防脈沖干擾平均值濾波數據復制到數據緩沖區上，計算出這八個數據的平均數值。

結束語

綜上所述，在社會經濟和科技的發展下， 稱重變送器被人們廣泛的應用到社會生產管理的方方面面，在這樣的發展背景下，為了能夠提升稱重變送器的應用成效，文章從硬件構成、系統原理、儀表安裝和接線操作等方面探討了高精讀稱重變送器的設計問題，旨在通過多方優化設計不斷提升稱重變送器的精準度。

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