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(tái)上，電子汽車衡的稱臺(tái)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(gè)與被測量大小成線性關(guān)系的電壓信號(hào)。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(gè)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(gè)接線盒，把每個(gè)傳感器的輸出信號(hào)調(diào)成一致，從接線盒輸出的電壓信號(hào)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(hào)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(hào)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(jià)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(jià)比較

日鋼鋼鐵有限公司現(xiàn)有電子汽車衡34 臺(tái)，其中模擬式電子汽車衡7 臺(tái)，數(shù)字式電子汽車衡27臺(tái)。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(tái)，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(jià)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(tái)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(jià)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(gè)獨(dú)立的器件，更換傳感器或電纜更方便，具有自動(dòng)采集預(yù)處理、存貯和記憶功能，并具有唯一標(biāo)記［2］，多個(gè)傳感器并聯(lián)組秤后，可分別檢查每個(gè)傳感器的狀態(tài)。數(shù)字傳感器更換時(shí)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(shí)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(gè)排查傳感器使用情況或使用萬用表逐個(gè)測量稱重傳感器輸出信號(hào)、輸入輸出電阻等，故障處理時(shí)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(shí)靈敏度稍有差別，且在使用中各個(gè)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(gè)傳感器的輸出信號(hào)（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(gè)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(hào)。

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(jià)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(tái)價(jià)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。