衡器基本知识

衡器基本知识

一、智能化仪表（Intelligence Instruments）概述

当今世界技术发展的主流趋势表现在：测量信息数字化，检测控制仪表智能化，控制管理集成化。

“智能化”是自动化技术当前和今后的发展动向之一，它已经成为工业控制和自动化领域的各种新技术，新方法、新产品的发展趋势和显著标志。智能化应当有两方面的含义：（1）采用‘人工智能’的理论、方法和技术；（2）具有‘拟人智能’的特性或功能，例如自适应、自学习、自校正、自协调、自组织、自诊断、自修复等。这可作为衡量是不是智能化装置、设备、系统的性能标准。由此可得到关于智能化的定义：是‘采用人工智能理论、方法、技术’并‘具有某种拟人智能特性和功能’。也就是说：利用计算机来代替人的一部分脑力劳动，具有运用知识进行推理、学习、联想解决问题的能力。就智能化仪表和装置来说，则应该具有以下特征：（1）能自动完成某些测量任务或在程序指导下完成预定动作；（2）具有进行各种复杂计算和修正误差的数据处理能力；（3）具有自校准、自检测、自诊断功能；（4）便于通过标准总线组成个多种仪表的复杂系统，实现复杂的控制功能，并能灵活地改变和扩展功能”。“现有的测控系统通常具有刚性体系结构，缺乏自组织、自维修、自适应等方面的柔性，智能水平不高。现在一些新型智能仪表虽冠以智能化的名称，实际上是电脑化，名不副实，只是采用了计算机，电脑化并不等于智能化，应该向智能化方向努力”。目前比较受推崇的是柔性智能测控仪表的研究思路，就是在现有电脑化仪表的基础上，采用硬件软化、软件集成，虚拟现实、软测量等人工智能的方法和技术，实现测控仪表的柔性化，研究开发具有拟人智能特性或功能，名副其实的智能化仪表。例如，上海自动化仪表研究所研究开发的带有人工智能预估控制的多回路数字调节器（TDM-50A型），它能解决特大纯滞后（超过12min）过程的启动和稳定控制，自动检测纯滞后时间，自动寻优建立全部控制参数，实现快速无超调的控制品质。又如上海宝科自动化仪表研究所创新设计的通用流量演算器（FC-6000型），从理论分析解决了流量测量上各种复杂计算和补偿修正的工程应用问题，能有效地提高流量测量的精确度，并判断出故障产生的原因。

用来测量各种电量、磁量及电路参数的仪器、仪表，统称为电工仪表。电工仪表的种类繁多，分类方法也各异。（1）按结构和用途的不同，电工仪表主要分以下三类指示仪表。能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过指示器直接显示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。（2）按工作原理分类主要有磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表和感应系仪表。此外，还有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。（3）按使用方法分类有安装式、便携式两种。安装式仪表是固定安装在开关板或电气设备面板上的仪表，又称面板式仪表。它的准确度一般不高，广泛应用于发电厂、配电所的运行监视和测量中。便携式仪表是可以携带的仪表，其准确度较高，广泛应用于电气实验、精密测量及仪表检定中。

二、衡器（weighing machine）概述

衡器就是称量物体重量的器具，如秤、天平等。某些衡器习惯上称为秤。

衡器广泛应用于工业、农业、商业、科研、医疗卫生等部门。衡器是利用力的形变平衡原理（虎克原理）或力的杠杆平衡原理测定物体质量的。形变平衡根据被测物自身重量所引起的弹性体形变量来测定被测物质量，形变量随着重力加速度的变化而变化；杠杆平衡根据标定砝码重量与被测物重量在杠杆上的平衡来测定被测物质量。杠杆平衡与重力加速度的变化无关，但在重力加速度等于零时，衡量失效。

衡器主要由承重系统（如秤盘）、传力转换系统（如杠杆传力系统）和示值系统（如刻度盘）3部分组成。衡器按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类。机械秤又分杠杆秤和弹簧秤。按衡量方法分非自动秤和自动秤。其主要品种有天平、杆秤、案秤、台秤、地中衡、地上衡、轨道衡、皮带秤、邮政秤、吊秤、配料秤和袋装秤等。衡器发展的重点是电子衡器。程控、群控、电传打印记录、屏幕显示等现代技术的配套使用，使衡器功能齐全，效率更高。通过衡量物体的重量（所受重力的大小）来测定该物体质量的器具。

分类衡器按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类，机械秤又分为杠杆秤（包括等臂杠杆秤也即狭义的天平、不等臂杠杆秤）和弹簧秤。衡器还可按衡量方法分为非自动衡器和自动衡器。衡器的主要品种有天平、杆秤、案秤、台秤、地中衡、地上衡、轨道衡、皮带秤、邮政秤、吊秤、配料秤和装袋秤等。

结构衡器主要由承重系统、传力转换系统和示值系统3部分组成。

承重系统其结构取决于所称物体的形态。台秤、地中衡一般配用平板承重机构；专门衡量一种物体的秤，则配有能缩短衡量时间、减少操作繁重性的专用承重机构，如：衡量颗粒状物料的秤上设置簸箕式秤盘，衡量液体的秤则安装专用贮盛器。此外，承重机构的形式还有轨道衡的轨道、皮带秤的运输带，吊秤的吊钩等。承重系统的结构虽各不相同，但功能却是一致的。

传力转换系统是决定衡器计量性能的关键部件。通常采用杠杆传力系统和形变传力系统。

杠杆传力系统主要由承重杠杆、传力杠杆、支架零件和联结零件如刀子、刀承、吊钩、吊环等组成。图2中，承重杠杆1和2承受由承重机构T传来的荷重G，传力杠杆3将荷重从承重杠杆传到示值机构──计量杠杆4。

形变传力系统中，弹簧是人们最早使用的形变传力机构。弹簧秤的称量可从1毫克到数十吨，所用的弹簧有石英丝弹簧、平卷弹簧、螺旋弹簧和盘形弹簧。弹簧秤受地理位置、温度等因素的影响较大，计量准确度较低。为获得较高的准确度，人们研制了各种称重传感器，如电阻应变式、电容式、压磁式和振弦式称重传感器等，以电阻应变式传感器使用最广。

示值系统机械秤的示值系统主要采用具有刻度标志的计量杠杆或刻度盘。前者利用增砣、游砣、砝码来平衡计量杠杆以获得读数；后者通过指针沿扇形或圆形分度盘的转动来表示衡量结果。电子秤的示值系统为称重显示器，它有数字显示和模拟刻度显示两种。

发展趋势衡器发展的重点是电子衡器。程控、群控、电传打印记录、屏幕显示等现代电子技术的配套使用，将使衡器功能齐全，效率更高。采用放射性原理和液压传动比原理的计量设备将得到有限的发展。在称重与生产过程的结合中，机电结合式衡器具有较好的经济效果，预计其应用范围将进一步扩大。在具备基本计量性能的同时，对衡器的商用价值和可靠性要求也将逐步提高。衡量价值较高的商品时，要求其计量准确度较高；衡量价值较低的商品时，则主要考虑计量效率。这将促使衡器向多样化、多层次方向发展。

生活中的衡器有天平、桌秤、台秤、吊秤、平地磅、汽车衡等，种类有电子计重秤、高精电子秤、计价秤、计数秤、防水秤、防腐秤、牲畜秤、液压叉车秤、钢瓶秤等。

简史衡器是在商品的交换过程中产生和发展的。人类最早使用的衡器是原始天平。约在公元前5000年，埃及就已使用等臂天平秤(图1 )。它是在简易杠杆中点设一支点，在杠杆一端(图中右端)的盘（钩）上放置被测物，在另一端（图中左端）的盘上逐个放置形状、质量一样的物体，当这种装置平衡时，就意味着两边的质量相等，并可从左端物体的个数推定右端被测物的质量。

中国的度量衡制始于公元前2500年的“黄钟”律。据记载，“度本于黄钟之长，量本于黄钟之仑，权衡本于黄钟之重”。黄钟器已失传。夏代，中国始用权衡作为称重器具。权相当于砝码，衡指杠杆。杠杆正中有一小孔用作支点，在杆的两端各悬有挂钩，一边挂被称物，一边挂权。每一副权衡都有一组权。权的重量逐一递增，以称不同重量。汉代出现木质杆秤，此后一直沿用了2000多年。

18世纪，苏格兰化学家J.布莱克首次将刀子、刀承应用在天平上，从而制得精确的称重器具。1831年，美国人T.费尔班克斯发明台秤，综合了不等臂杆秤和天平的优点，使各种机械式衡器趋于完善。20世纪中叶出现了简单的电子衡器，使衡器跨入电子时代。微处理机与称重传感器的结合引起了称重领域的变革，此后，微处理机在称重尤其是在动态称重方面的应用愈来愈广，已基本取代原来结构复杂的计算系统。微电子技术的不断发展，大规模、超大规模集成电路的出现，使得称重与过程控制等功能可以合并到同一电子单元中。20世纪80年代，电子衡器已遍及从微量称重到大型专业称重的各个领域，衡器产品已发展到上千个规格品种，静态准确度一般都在0.1％以上，动态准确度一般在1％～0.2％。

三、衡器配件

（一）传感器接线盒

由于传感器的关键材料：应变和弹性体各有差异及制造工艺方面的原因，造成各个传感器的参数不一致，主要是灵敏度不一致，通过调节接线盒里面的电位器来使各个传感器的灵敏度接近一致，从而保证整

E：为调桥压型号 SJ：为调信号配精密电阻

接线盒调节形式：

SP：为调信号配普通电阻 DL：为配数字式传感器

DA：为数字式线盒

调桥压的计算使用方法：（方便、快捷、省力）。大型电子衡器一般由多只传感器（1-12只）组成，下面以四只传感器组成的衡器为例，介绍计算调试方法。

调桥压接线盒原理

图中J1、J2为四只传感器

N：为传感器上加载时的称重仪表显示数据（设：N1>N2>N3>N4）

E：称重仪表的供桥电压， I：为自然数：2—12