電子衡器應(yīng)用及發(fā)展趨勢分析

李明輝

（博興縣計(jì)量測試檢定所，山東 濱州 256500）

0 引言

隨著社會的發(fā)展，各行各業(yè)的先進(jìn)技術(shù)為電子衡器制造業(yè)提供了源源不斷的動力，無論是從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造還是具體實(shí)際應(yīng)用都較之前有了較大的進(jìn)步。目前國內(nèi)電子衡器的研究重點(diǎn)正逐步從單一稱重向智能綜合稱重系統(tǒng)方向發(fā)展。

1 電子衡器概述

1.1 電子衡器發(fā)展現(xiàn)狀

比起歐美等發(fā)達(dá)國家，我國電子衡器制造業(yè)起步較晚，20世紀(jì)50年代中期才初具雛形。20世紀(jì)60年代，機(jī)電結(jié)合型電子衡器逐漸投入生產(chǎn)并使用，但該機(jī)型操作復(fù)雜且稱重結(jié)果易受環(huán)境因素干擾，人力物力都耗費(fèi)巨大。近半個(gè)世紀(jì)，隨著我國國力的大幅度提升，電子稱重技術(shù)和計(jì)算機(jī)智能技術(shù)日漸成熟，電子衡器稱重技術(shù)也發(fā)展迅猛，已經(jīng)完成由機(jī)電結(jié)合模式到全電子型模式與數(shù)字化智能型模式的轉(zhuǎn)換。檢測和測量方法從模擬測量升級為更為精確的數(shù)字測量，稱重方式也從最初的靜態(tài)稱重模式發(fā)展為如今的動靜結(jié)合稱重模式[1]，操作更加便捷、功能更加豐富、應(yīng)用范圍更為廣泛。

圖1 現(xiàn)階段市面常見的小型電子衡器

通過對電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求的調(diào)研分析與歸類總結(jié)，目前，我國電子衡器總體的發(fā)展趨勢可以概括為：①小型化，②模塊化，③集成化，④智能化。技術(shù)性能發(fā)展趨勢可以概括為：高效率、高精密度、高穩(wěn)定性、高可靠性。應(yīng)用性能則可以概括為：綜合性、組合性、全面性。

1.2 電子衡器使用特點(diǎn)

電子衡器還未出現(xiàn)之前，人們從事計(jì)量工作都是使用傳統(tǒng)木質(zhì)衡器，它的標(biāo)準(zhǔn)刻度都是由人工量制的，因此測量精度會有較大的誤差，甚至還會發(fā)生人為造假的情況。20世紀(jì)以來，隨著傳感技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，電子衡器逐漸出現(xiàn)在大眾的視野中，很快電子衡器以其高精度、高靈敏度、讀取方便的優(yōu)勢逐漸取代了傳統(tǒng)的人工木質(zhì)衡器，各個(gè)國家也出臺相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，明確提出計(jì)量場合應(yīng)使用電子衡器的要求。電子衡器也經(jīng)歷過多次更新?lián)Q代，最終發(fā)展到如今滿足于各行各業(yè)特定要求的較成熟的電子衡器。目前測量范圍為1-1000kg的電子衡器應(yīng)用最為廣泛，根據(jù)行業(yè)的要求也可以更大或者更小。當(dāng)代的電子衡器不僅能滿足每日高負(fù)荷的工作量，而且產(chǎn)生的累積誤差對正常工作的影響極小，也免去了日常繁雜的衡器維護(hù)工作，這也是電子衡器能夠發(fā)展為主流衡器的重要原因之一。

表1 電子衡器的種類及結(jié)構(gòu)

2 電子衡器發(fā)展的問題及解決方案

電子衡器的主要由稱重傳感器、稱重顯示器和承載器構(gòu)成，承載器將被測物體的重量信號傳輸至傳感器，傳感器將承載器傳輸?shù)闹亓啃盘栟D(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過控制電路處理后，將測量結(jié)果發(fā)送至稱重顯示器。其功能和性能與整體構(gòu)造、關(guān)鍵零部件有著不可分割的關(guān)系，也決定著未來電子衡器發(fā)展的走向。其次電子衡器的管理和存放決定著衡器的精準(zhǔn)度和壽命，而我國地域差距大，各地溫度濕度有顯著差異，應(yīng)靈活制定存放方案[2]。

2.1 電子衡器發(fā)展主要問題

電子衡器雖然應(yīng)用廣泛，但在其發(fā)展與應(yīng)用過程中也出現(xiàn)了許多問題，從電子衡器的生產(chǎn)制造階段到使用階段進(jìn)行分析，可以總結(jié)出三類問題：電子衡器在制造階段使用的原材料可能達(dá)不到其使用條件規(guī)定的要求，就有可能發(fā)生這種現(xiàn)象，使用低劣的原材料制造電子衡器可能會承受不住所稱量產(chǎn)品的重量，從而導(dǎo)致電子衡器在稱量過程中產(chǎn)生變形，出現(xiàn)誤差甚至損壞，或者直接影響傳感器的質(zhì)量，從而不能得到較準(zhǔn)確的稱量結(jié)果。原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)也許能降低成本，但是長遠(yuǎn)來說會阻礙電子衡器的發(fā)展；第二，是在制造階段考慮不全面，或者生產(chǎn)環(huán)境達(dá)不到要求，環(huán)境中的濕度、灰塵、靜電等都會極大地影響傳感器的工作狀態(tài)，所以，生產(chǎn)環(huán)境不嚴(yán)謹(jǐn)會導(dǎo)致生產(chǎn)出的電子衡器具有較大的誤差；第三，是衡器安裝階段的不嚴(yán)謹(jǐn)，由于安裝人員良莠不齊，其掌握的專業(yè)技能與經(jīng)驗(yàn)水平高低不一，在電子衡器安裝過程中容易忽視安裝環(huán)境的重要性，環(huán)境周圍的靜電、塵土等都會影響衡器的測量精度，導(dǎo)致的后果輕則返工，耽誤工期，重則浪費(fèi)大量材料，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

2.2 解決方案

（1）零部件制造業(yè)改革。現(xiàn)階段企業(yè)如何將數(shù)據(jù)建模和智能化等先進(jìn)技術(shù)融合到傳統(tǒng)的零部件設(shè)計(jì)和制造中已成為研究的重點(diǎn)。目前制造企業(yè)的革新應(yīng)從兩個(gè)方面入手：一為設(shè)計(jì)方法，二為制造工藝。

設(shè)計(jì)方法方面,第一步應(yīng)改造、升級現(xiàn)有的設(shè)計(jì)工具。以最重要零部件傳感器的設(shè)計(jì)過程為例：引入彈性元件總體結(jié)構(gòu)的快速設(shè)計(jì)與計(jì)算、載荷及可承受載荷邊界條件的影響分析、載荷的壓頭、承受載荷的底墊和安裝平臺組合來優(yōu)化與設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，同時(shí)，設(shè)計(jì)含有稱重傳感器總體結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字樣件，以數(shù)字化模裝代替實(shí)物模裝，實(shí)現(xiàn)總體結(jié)構(gòu)與附件的“提前見面”，采用此方法可有效提升發(fā)覺和處理不協(xié)調(diào)問題的時(shí)效性。制造工藝方面，首先制造模式需要創(chuàng)新，結(jié)合信息化和智能化的技術(shù),打造智能的制造模式；其次要對制造工序、核心制造工藝改造，對其內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)和全面的考慮，包括對電阻應(yīng)變計(jì)粘貼、固化與后固化、靈敏度溫度補(bǔ)償與零點(diǎn)溫度和性能測試與檢定工序進(jìn)行數(shù)字化、自動化、智能化升級等。

（2）規(guī)范電子衡器的管理與存放。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，電子衡器受溫度、濕度影響較大。當(dāng)電子衡器所處環(huán)境過于潮濕時(shí)被測量物體質(zhì)量往往會偏重。因此管理存放時(shí)，需格外注意將存放環(huán)境保持干燥，尤其在南方地區(qū)的梅雨季節(jié)，在保存和使用電子儀器時(shí)，應(yīng)先對周圍的環(huán)境進(jìn)行濕度測量，并采取一定的干燥措施，例如在庫房安裝抽濕器、放置石灰等，避免因環(huán)境潮濕對電子衡器的精確度產(chǎn)生的不良影響[4]。

3 電子衡器的未來發(fā)展趨勢

目前，雖然國內(nèi)電子衡器制造技術(shù)較國際電子衡器制造技術(shù)稍有落后，但近些年，通過國內(nèi)專家的潛心研究與制造，國內(nèi)電子衡器制造技術(shù)已經(jīng)取得了矚目的進(jìn)步。人工智能、信息技術(shù)等高科技產(chǎn)物推動了社會的發(fā)展，5G技術(shù)、正在研究的6G及自主化芯片已成為現(xiàn)階段國家面臨的新挑戰(zhàn)。

市場對電子衡器的要求也不局限于單純的稱重，更需要與現(xiàn)有的人工智能等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合。從智能化角度來說，未來的電子衡器行業(yè)將擁有巨大的潛力和市場，各行各業(yè)將聯(lián)合電子衡器制造業(yè)來打造適用于自己的物聯(lián)網(wǎng)智能稱重系統(tǒng)，如：應(yīng)用于無人快遞業(yè)的智能分揀秤、應(yīng)用于智慧糧庫中的物聯(lián)網(wǎng)稱重系統(tǒng)和應(yīng)用于無人值守中電網(wǎng)的稱重系統(tǒng)等[5]。

面對國際電子衡器產(chǎn)品高速度、高水平創(chuàng)新與改革的整體趨勢，國內(nèi)各生產(chǎn)商不僅要加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控與管理，同時(shí)還應(yīng)注重產(chǎn)品外在的視覺效果，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的美觀性。緊握系統(tǒng)制造的全局性，創(chuàng)新制造技術(shù)，加速整體產(chǎn)能，要求創(chuàng)造者不僅從產(chǎn)品技術(shù)問題進(jìn)行革新，管理方式也應(yīng)該做到與時(shí)俱進(jìn)，二者相輔相成，共同促進(jìn)，才可構(gòu)成智能稱重系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到品種兼容、質(zhì)量穩(wěn)定、效率提升的目的[6-7]。

4 結(jié)語

電子衡器行業(yè)是雖是傳統(tǒng)的加工制造業(yè)，但隨著5G、電子稱重技術(shù)和國產(chǎn)化和自主化芯片的發(fā)展，將成為電子衡器行業(yè)大發(fā)展的新機(jī)遇。新的機(jī)遇也是新的挑戰(zhàn)，電子衡器制造企業(yè)應(yīng)抓住這一機(jī)會，將未來的電子衡器打造成集多種功能于一身的智能稱重系統(tǒng)。