电子秤科学发展论文
一、国内外电子秤量系统现状
近几年，我国的电子称重系统从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。电子称重技术逐渐从静态称重向动态称重发展，从模拟测量向数字测量发展，从单参数测量向多参数测量发展。电子称重系统制造技术及其应用得到了新发展。国内电子称重技术基本达到国际上20世纪90年代中期的水平，少数产品的技术已处于国际领先水平。国内的电子秤市场中，1009左右量程的电子秤精度一般为0.019即10mg。在研究方法上，电子称重系统的工作原理一般是将作用在承载器上的质量或力的大小，通过压力传感器转换为电信号，并通过控制电路来处理该电信号。其中压力传感器大多数采用电阻应变片压力传感器，由于应变片的体积较小，市场上有多种规格可供选择，而且可以针对弹性敏感元件的形式可以灵活设计来适应各种应用场合的要求，所以应变片式压力传感器得到广泛的应用。但是电阻应变片压力传感器的一个严重缺陷是应变灵敏度、应变片本身的电阻都随温度变化，而且灵敏度随温度变化较大。在不同的环境中，应变片的阻值发生变化，输出零点漂移明显。并且应变片的输出信号很小、线性范围窄，而且动态响应较差，有待进一步开发。在国际上，一些发达国家在电子称重力一面，从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高的水平。特别是在准确度和可靠性等方面有了很大的提高。其中梅特勒一托利多公司生产的BBK4系列高精度电子秤精度达到了1mg，速度大约为1次/秒。目前，电子秤在称量速度方面需要进一步的研究。
二、电子秤的发展趋势
电子秤是载于秤的台座、盘、钩上的物品的重量由传感器蠕变反应平衡，而由仪器数字显示的电子衡器。电子秤集机、电、仪于一体，具有多功能、高精度、快速和动态计量、稳定可靠等特征，代表了衡器产品发展的方向。电子秤属于日用衡器，为劳动密集型产品。电子秤产品总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化;其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高;其功能趋向是称重量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能;其应用性能趋向上综合性和组合性。
(1)小型化
近几年新研制的电子平台秤结构充分体现了体积小、高度低、重量轻(即小、薄、轻)的发展方向。对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可采用将薄型或超薄型的圆形称重传感器，直接嵌入钢板或铝板底面与称重传感器外径相同的盲孔内，形成低外形的秤体结构，称重传感器的数量和位置由秤的额定载荷和力学要求计算决定。钢板或铝板就是秤体的台面，称重传感器既是传感元件，又是承力支点，极大地减化了秤体结构，减少了活动连接环节，不但降低了成本，而且提高了稳定性和可靠性。对中等或较大容量的电子平台秤、电子地上衡，已经出现了采用方形或长方形闭合截面的薄壁型钢，并联排队列焊接成一个整体的竹排式结构的秤体，4个称重传感器分别安装在最外边两根薄壁型钢两端的切口内，安装在称重传感器承力点上的固定支承就是秤体的承力支点，既减化了承力传力机构，又节省了秤体高度，这是一种很有发展一前途的秤体结构。对于大型电子平台秤，可利用有限单元法进行等强度和刚度计算，采用抗弯刚度大的型材和轻型波纹夹心钢板等。
(2)模块化
对于大型或超大型的承载器结构，如大型静动态电子汽车衡等，己开始采用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。以5、6、7m长的同宽度3种标准模块为例，由单块、二块、三块到四块分体组合，可以组合成长度为5-28m的22种规格的分体式秤体结构。当然在实际应用中，根据各行业用户的需要，选择其中10余种常用的标准规格即可。这种模块化的分体式秤体结构，不仅提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也大大地提高了生产效率和产品质量。同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。
(3)集成化
某些品种和结构的例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。如秤体与称重传感器一体化的便携式静动态电子轮轴秤，多用硬铝合金厚板制成。其结构原理是经过固溶热处理强化的铝合金板，或通过在4个角上钻孔和铣槽分别形成4个悬臂梁型称重传感器;或在铝合金板的底面铣出多个对称的盲孔和盲槽形成整体剪切梁型称重传感器。这就使得秤体与称重传感器合二为一，即铝合金板既是秤体台面又是一个大板式称重传感器。以后者结构的10t便携式动态电子轮轴秤为例，其尺寸为720mmx550mmx32mm，重量约为23kg。
(4)智能化
电子秤的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控制器的功能。使电子秤在原有功能的基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子秤与采用智能化称重显示控制器的电子秤的根本区别。
(5)综合性
电子称重技术的发展规律就是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等问题。例如在流量计量专业，如果按照传统的理论和方法建造一套标准大流量测量系统，价格相当昂贵。如果采用称重法即质量流量法，只要将重量和时间测量准确，大流量的测量问题就迎刃而解了。对某些商用电子计价秤而言，只具备称重、计价、显示、打印功能还远远不够，现代商业系统还要求它能提供各种销售信息，把称重与管理自动化紧密结合，使称重、计价、进库、销售管理一体化，实现管理自动化。这就要求电子计价秤能与电子计一算机联网，把称重系统与计算机系统组成一个完整的综合控制系统。
(6)组合性
在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等可以任意设定;硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功能向软件方向发展;软件能按一定的程序进行修改和扩展;输入输出数据与指令可以使用不同的语一言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。
三、我国电子秤的不足
现有便携秤和电子秤的不足现有的便携秤为杆秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤，居民用户使用的基本是杆秤。弹簧秤制造工艺要求较高，弹簧的疲劳问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹簧秤就会产生很大误差，以至损坏，影响到称重的准确性和可靠性，只是一种暂时的代用品，也被列入逐渐取消的行列。与弹簧度盘秤相比，台式电子计价秤具有反应灵敏、准确度高、功能齐全、显示直观、使用方便等特点，在商业贸易中的使用已相当普遍，但又存在较大的局限性:体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。而月，目前台式电子秤行业混乱、无序的状况也引起了国家有关部门的高度重视。台式电子秤产品质量一直上不去，近年来抽样合格率一直徘徊在40%-65%，2003年抽样合格率仅51%。台式电子秤产品质量国家监督抽查结果表明，我国台式电子秤产品质量合格厂一家的技术水平已达到国际先进水平，通过JJG555-96《非自动秤通用检定规程》(JJG555-96《非自动秤通用检定规程》被国内衡器行业喻之为“衡器圣经”，在技术内容上等效采用了OIMLR76国际规程。JJG555-96经过全国范围的宣传，已普遍被国内同行所接受，为我国非自动衡器的标准、规程与OIML的接轨奠定了基础，是目前我国非自动秤的唯一通用计量检定规程。
四、发展前景
我国衡器行业使用面最广、产销量最大的计量产品是非自动衡器。国际法制计量组织76号国际建议OIMLR76一非自动衡器(它是目前国际上唯一的非自动衡器通用国际标准)中，明确规定非自动衡器按大类分为非自动天平与非自动秤;按能否直接读出称量结果划分，可分为有分度衡器与无分度衡器，目前我国在用的绝大多数机械、电子衡器均属于能直接读出称量结果，故称为有分度衡器:如按指示方式划分，可分为自行指示衡器、半自行指示衡器与非自行指示衡器三种形式。其中非自行指示衡器主要指目前我国在用的固定式杠杆秤(如固定式杠杆地上衡)、移动式杠杆秤(如移动式杠杆案秤、台秤)、机械杠杆式吊秤与静态机械轨道衡等。半自行指示衡器主要指靠铭调整秤量的度盘秤(如邮包度盘秤)等。自行指示衡器在我国又可分为模拟指示秤、数字指示秤。模拟指示秤主要指弹簧度盘秤、度盘秤和人体秤等。数字指示秤主要指电子案秤(如电子计价秤、电子计重秤、计数秤、条码打印计价秤、电子婴儿秤、电子厨房秤和电子邮政秤等)、电子台秤、固定式电子秤(如电子地上衡、电子汽车衡、电子行李秤与电子料斗秤等)、电子吊秤、机电秤、光栅秤、光栅数显静态轨道衡与静态电子轨道衡等。OIMLR76中对于有分度衡器又分为单分度值秤与多分度值秤;按秤量分为单称量范围秤与多称量范围秤。目前我国产品标准中列入的十大类衡器(案秤、台秤、地上衡、地中衡、吊秤、皮带秤、料斗秤、检验秤、轨道衡和特种秤)均已实现了电子化。据近期统计，工业用衡器(按销售量统计)中的电子产品已占三分之二左右，技术水平比较成熟的静态衡器的计量范围可以从1ug到800t，部分非自动衡器(如电子计价秤、电子台秤、电子地上衡、电子皮带秤、电子吊秤和电子轨道衡等)已达到国际九十年代初期水平，随着我国加入WTO组织，经济市场的开放度加大，一批具有国际先进水平的衡器产品和技术(如定量包装秤、自动重量检验秤、标签计价秤、电脑组合秤、耐压式计量给煤机等，以及应变计、称重传感器、称重显示器生产技术)进入我国，这对电子秤的进一步普及和提高必将产生积极的、巨大的影响。
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