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(hào)變送于一體，被人們廣泛的應(yīng)用各種稱重、測(cè)力、配料等多個(gè)方面的內(nèi)容。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，稱重變送控制器在使用的時(shí)候具有安裝操作方便、測(cè)量精準(zhǔn)的特點(diǎn)。文章在闡述稱重變送控制器原理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，就其應(yīng)用功能和軟硬件設(shè)計(jì)問題進(jìn)行探究，旨在促進(jìn)稱重變送控制器在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：稱重變送控制器；原理；結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

稱重變送控制器是一種集合多種承重、測(cè)力、配料、稱量數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)基本相同，在具體使用的時(shí)候會(huì)根據(jù)實(shí)際要求來控制承重的物體，從而形成一個(gè)閉環(huán)測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所測(cè)量物體的完整測(cè)量。為了有效防止測(cè)量誤差的出現(xiàn)，在具體測(cè)量應(yīng)用操作的過程中需要相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)稱重變送控制器儀表使用的關(guān)注。

一、稱重變送控制器原理和結(jié)構(gòu)

稱重變送控制器是以一體化單片微電腦為核心、標(biāo)定和基本設(shè)定工作參數(shù)應(yīng)用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行保存，之后由傳感器輸出重量信號(hào)，并由放大器進(jìn)行放大處理。二階低通在經(jīng)過濾波器處理之后，會(huì)將處理之后信息送到高精度的A/D轉(zhuǎn)換器中，之后以數(shù)字量、微電腦的形式轉(zhuǎn)入到處理器中，進(jìn)行運(yùn)算處理。第一，高速定量分裝系統(tǒng)。高速定量分裝系統(tǒng)主要由微機(jī)控制承重傳感器的承重系統(tǒng)進(jìn)行操作，在操作的過程中能夠結(jié)合實(shí)際情況輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，在信號(hào)的作用下執(zhí)行定值稱量操作。稱重變送控制器系統(tǒng)主要由MCS-51單片機(jī)和V/F電壓頻率變換器組成，BCD拔碼盤是定值設(shè)定輸入器，在使用的時(shí)候能夠輸出和重量成正比的信號(hào)。在定值分裝控制系統(tǒng)中，稱重傳感器深刻影響電子秤的測(cè)量精準(zhǔn)度。第二，電子皮帶秤的數(shù)學(xué)應(yīng)用原理。新型電子皮帶秤測(cè)量系統(tǒng)皮帶驅(qū)動(dòng)傳送機(jī)械部分和傳統(tǒng)的電子皮帶秤相同，系統(tǒng)構(gòu)成包含齒輪盤、磁電式的轉(zhuǎn)速傳感器等，能夠有效測(cè)量稱重變速控制器的轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

二、稱重變送控制器儀表的硬件設(shè)計(jì)

稱重變送控制器硬件設(shè)計(jì)的基本思想是在滿足承重變送器高精確度要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件算法，在控制器設(shè)計(jì)的時(shí)候盡可能采取有效方式來降低硬件設(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)、多路模擬開關(guān)、可編程放大器等。

（一）可編程放大器

稱重變送控制器信號(hào)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(jí)的。但是從當(dāng)前數(shù)字增益的實(shí)際情況來看，放大器的PGA使用不僅成本費(fèi)用高昂，而且也無法滿足實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用需求。放大器增益計(jì)算公式具體如下所示：K=1+100K/Rg。這樣設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容是選擇一種精確度高的數(shù)字電位器，在數(shù)字電位器的作用下更好的滿足精益設(shè)計(jì)變化需求。在使用的過程中為了避免出現(xiàn)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(shè)定我在25.2-211.8之間。

（二）A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用某公司設(shè)計(jì)的24位轉(zhuǎn)換器，這種類型的轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電荷平衡技術(shù)和極低噪聲的可編程增益斬波穩(wěn)定測(cè)量放大器，在達(dá)到24位的時(shí)候分辨率能夠計(jì)算出結(jié)果。這種轉(zhuǎn)換器內(nèi)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(hào)，并結(jié)合實(shí)際情況簡化傳感器的接口設(shè)計(jì)。為了能夠更好的滿足設(shè)計(jì)需求，在內(nèi)置增益級(jí)別的基礎(chǔ)上額外設(shè)置一個(gè)1，從而有效提升多級(jí)可編程數(shù)字濾波器的使用成效和赫茲轉(zhuǎn)換頻率。另外，在轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部還會(huì)額外配備一個(gè)自校正系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的作用下能夠有效消除A/D轉(zhuǎn)換器本身存在的誤差，解決系統(tǒng)通道失調(diào)的問題。

（三）六線制長線補(bǔ)償法

傳統(tǒng)的四線制補(bǔ)償法在使用的時(shí)候存在以下三個(gè)方面的問題：第一，在改變電纜長度之后會(huì)出現(xiàn)承重結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)誤差。第二，在溫度發(fā)生變化的時(shí)候，電纜電阻在使用的時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)稱重誤差。第三，在激勵(lì)電源不穩(wěn)定的情況下會(huì)出現(xiàn)稱重誤差。為了解決四線制補(bǔ)償法應(yīng)用問題，相關(guān)人員研究出了六線制長線補(bǔ)償法，在應(yīng)用這種方法之后有效提升了轉(zhuǎn)換器指標(biāo)的穩(wěn)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(xiàng)CF是0的時(shí)候，儀表會(huì)以料位秤的模式進(jìn)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(shí)候，儀表會(huì)以配料秤的模式進(jìn)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(xiàng)CF是2的時(shí)候，儀表會(huì)以定值的模式來開展相關(guān)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(shí)候需要計(jì)算出傳感器的測(cè)量里程是否和儀表匹配，為了得到精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，在測(cè)量操作的時(shí)候需要關(guān)注以下幾個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)：第一，秤砣的量程；第二，固定荷載；第三，傳感器的使用個(gè)數(shù)。

（二）現(xiàn)場布線技術(shù)的使用要求

第一，儀表在和多個(gè)傳感器并聯(lián)操作的時(shí)候需要額外使用補(bǔ)償接線盒，從而在一定程度上避免出現(xiàn)因?yàn)閭鞲衅黛`感度不夠而引發(fā)的測(cè)量誤差。第二，傳感器到儀表之間輸出的模擬信號(hào)線要應(yīng)用屏蔽電纜。在使用屏蔽電纜的時(shí)候，屏蔽電纜的電纜層需要和在儀表的另外一端進(jìn)行單獨(dú)接地操作。第三，傳感器和補(bǔ)償接線盒之間的連線距離誤差需要控制在10m以內(nèi)，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(jìn)行連接，且連線距離需要控制在80m以內(nèi)。第四，儀表變送輸出。電流信號(hào)接口和終端顯示器進(jìn)行連接的時(shí)候，二者之間的距離需要控制在200m范圍內(nèi)，電壓信號(hào)在50m范圍內(nèi)要能夠被清楚的感知。

四、稱重變送控制器儀表濾波技術(shù)

稱重變送控制器數(shù)據(jù)信息的收集會(huì)受到外界隨機(jī)信號(hào)的干擾，在這樣的發(fā)展背景下為了消除這種干擾，提升信號(hào)質(zhì)量，需要在傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器之間額外增加有源或者無源頭的呂濾波網(wǎng)絡(luò)，在添加濾波網(wǎng)絡(luò)之后形成模擬濾波器，應(yīng)用模擬濾波器對(duì)信號(hào)實(shí)施頻率濾波。但是從實(shí)際使用情況來看，模擬濾波器在使用的時(shí)候會(huì)受到電容量的干擾，在低頻的狀態(tài)下往往無法獲得足夠的數(shù)據(jù)信息。而數(shù)字濾波的應(yīng)用則是能夠提升數(shù)據(jù)信息處理的精準(zhǔn)性。數(shù)字濾波在稱重變送控制器儀表中應(yīng)用的時(shí)候會(huì)涉及到兩種數(shù)字濾波算法。第一，防脈沖干擾平均數(shù)值濾波。在脈沖干擾比較嚴(yán)重的地區(qū)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(shù)據(jù)信息的情況下對(duì)每個(gè)數(shù)點(diǎn)連續(xù)采樣八次，在去掉兩個(gè)最大值和最小值之后，取剩下數(shù)字的平均數(shù)值，打造采樣數(shù)值隊(duì)列，為二次濾波操作提供支持。第二，滑動(dòng)平均值濾波。在應(yīng)用滑動(dòng)平均值濾波的時(shí)候需要先在RAM中打造一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，之后將獲取到的八個(gè)防脈沖干擾平均值濾波數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)上，計(jì)算出這八個(gè)數(shù)據(jù)的平均數(shù)值。

結(jié)束語

綜上所述，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展下， 稱重變送器被人們廣泛的應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)管理的方方面面，在這樣的發(fā)展背景下，為了能夠提升稱重變送器的應(yīng)用成效，文章從硬件構(gòu)成、系統(tǒng)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(shè)計(jì)問題，旨在通過多方優(yōu)化設(shè)計(jì)不斷提升稱重變送器的精準(zhǔn)度。

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