电子衡器知识教材

电子衡器理论知识培训教材福州隆杰称重设备有限公司隆杰第090036号教汽车衡基础知识第一节汽车衡的组成及工作原理一、汽车衡的工作原理被称重物或载重汽车停在秤台上，在重力的作用下，秤台将重力传递至传感器，导致附着在传感器上的弹性体发生变形，则弹性体应变梁上的应变电阻片及桥路失去平衡，输出与重量数值成正比的电信号，经线性放大器将信号放大，再经A/D转换为数字信号，由仪表内的微处理机对重量信号进行处理后直接显示重量数。

配置打印机后，即可打印称重数据；如配置计算机，可将计量数直接输入称重管理系统进行综合管理。

二、电子汽车衡器的组成承重和传力部分：将物体的重量传递给称重传感器的全部装置，包括称重台面、吊挂连接单元、安全限位装置、地面固定件和基础设施等。

称重传感器：介于秤台和基础之间，将被称物的重量转换为相应的电信号，经信号电缆输出至称重显示仪表进行称量的测试。

显示仪表：用以测量称重传感器输出的电信号，经对电信号处理后，以数码形式输出数据。

电源：主要指向称重传感器提供的桥路激励电源和仪表线路工作的电源。

SCS系列电子汽车衡主要由秤台、传感器、连接件、限位装置、显示仪表及接线盒等零部件组成，还可以选配打印机、大屏幕显示器、计算机和稳压电源等外部设备。

限位器的作用主要是保证称量结果准确、误差小（即使有强烈冲击或飓风等横向力的作用也能使秤安全工作）。

限位器主要是防止秤台横向移动和左右晃动幅度。

三、电子汽车衡器的特点和主要用途SCS汽车衡器与传统的机械衡器、其它地上衡器相比，有很多显著的优点：如称量迅速、准确、灵敏度高，数字显示、直观易读，稳定性、可靠性强，寿命长久，特别是在危险、恶劣环境下，更能体现电子衡器的作用。

整个汽车衡器系统有稳定可靠的高精度传感器和智能化仪表显示，仪表有高灵敏度、高分辨率、稳定可靠、便于打印的优点，如果与计算机、称重软件组成称重管理系统，还能够实现称重的远距离传输、集中自动化管理。

SCS汽车衡的秤体系统也有很多优点，比如：秤体重量轻（平台为超薄型钢结构），便于安放、搬运，安装调试和维护很方便，可以采用浅基坑和无基坑2种安装形式，基础施工投资费用低。

SCS汽车衡一般用于港口、机场、矿山、冶金、工厂企业等大宗载重货物车辆的称重计算。

四、型号规格电子汽车衡通常用：SCS-×××表示，其中：第一个S代表地上衡；C：代表传力结构—传感器；第二个S代表数字显示；后面的“×××”代表最大称量。

比如：SCS-80，表示80吨的电子汽车衡。

五、汽车衡的功能介绍（1）显示功能一般能显示以下内容：毛重、净重、皮重、超载报警或显示，有的衡器还可以显示以下内容：称重次数、日期、时刻、车号、类别等。

（2）有处理功能包括：分度值、分度数设定；量程设定；打印记录等，有的汽车衡还可以根据用户要求有皮重记忆、净重分类及累计、日报打印单据、月报打印单据、金额计算、体积计算等处理功能。

六、现代电子衡器的发展趋势称重传感器向高准确度、高稳定性及环境适应性更强发展，同时，使用方便、价格成本下降。

微电子技术的应用，使数据处理能力不断增强，单台秤的可靠性提高，同时形成分布式称重集中数据管理系统，具有自适应自诊断及对即将发生的故障具有预警功能的电子衡器也会出现。

电子秤设计方案电子秤是目前常用的计量仪器，广泛应用在人们的日常生活中，图2示出了电子秤的基本原理图。

由于CS1240丰富的功能，并且带有SPI接口可以方便的与MCU进行通讯，因此只需极少量的外围元件就可以构成多种应用方案，特别适合应用在电子秤中。

例如，由于片内自带PGA，因此就可以不需要外部的放大电路，这样可减小系统的噪声，降低成本。

芯片带有自纠正电路和系统纠正电路，可以纠正芯片及系统的增益误差和失调误差，进一步提高了精度。

CS1240的参考电压输入可以直接用电源电压，这样就不需要额外的参考源，可以简化电路设计、降低成本。

1．普通电子秤设计方案图3是采用CS1240实现的普通电子秤电路原理图。

传感器出来的信号经过外部的无源滤波器滤波后，送入到CS1240中。

滤波器包括两个部分：第一部分是由电感和电容组成的EMI滤波器，用来减小外部环境对于电路的影响；第二部分是由电阻和电容组成的RC滤波器，用来限制输入信号的带宽，降低输入信号的噪声。

由于CS1240内部自带有PGA电路，所以图2中所示的放大部分在本电路中不需要。

PGA的增益一般设置为64或者128。

参考电压输入可以直接接在电源和地上，因此不需要额外的参考电压。

为了减小参考源的噪声，需要在参考源的输入端加入10uF的滤波电容，这个电容越靠近芯片越好。

在电路正常工作以前，可以通过自纠正和系统纠正来纠正芯片和系统的增益误差以及失调误差来提高整个系统的精度。

CS1240通过SPI接口与MCU进行通讯。

SPI接口为标准的四线SPI接口，包括片选信号CS、串行时钟SCLK、串行输入SDI和串行输出SDO。

通过SPI接口，可以读写CS1240内的各个控制寄存器和数据寄存器。

可以看出，整个电路只需极少量的外围元件(主要是一些起滤波作用的电容、电感以及电阻等无源器件)，实现起来非常简单。

在设计电路时需要注意的是，因为CS1240是数模混合芯片，为了防止数字部分的噪声对模拟电路造成影响，最好使用单独的数字电源和模拟电源，在电容的输入端要加入旁路电容来减少电源噪声对于电路的影响。

在制作PCB板时，数字地和模拟地要分开，最后通过单点接触连接起来。

2．高精度电子秤设计方案一般说来，传感器输出的电压值都非常小，基本上都是毫伏级甚至微伏级。

在设计高精度电子秤时，需要外部放大电路来获得足够的增益。

图4给出了高精度电子秤的电路原理图。

与图3显示的方案相比，这个电路主要是增加了由两个运算放大器(简称运放)及电阻RG和RF组成的放大电路。

这个放大电路的增益为：通过调节RG和RF的值，就可以获得所需要的增益，配合CS1240提供的最大128倍增益，可以将输入信号放大到所需要的幅度。

选择运放时要注意，由于输入信号的幅度很小，因此对运放的噪声性能和失调电压要求非常高，应选择低噪声、低失调的运算放大器。

本文小结目前，电子秤正朝着小型化、高精度、智能化方向发展。

CS1240采用外形为10.2×5.3mm的SSOP28脚封装，尺寸很小，所需的外围器件也很少，满足了电子秤小型化的需求；它还提供了24位无失码，21位有效精度的高性能，满足了电子秤高精度的需求；其内置各种控制寄存器和数据寄存器，并且可以通过SPI 接口方便地控制和读取这些寄存器，满足了电子秤智能化的需求。

因此CS1240是电子秤中模数转换器的理想选择。

电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求电子衡器一般是指装有电子装置的衡器。

因其种类繁多，且涉及到贸易结算和保护广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为国家强制管理的法制计量器具。

电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。

电子衡器具有反应速度快，测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传、便于计算机控制等特点。

被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口、建筑、机械制造和国防等各个领域。

一、现状50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。

60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器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。

我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际90年代中期的水平。

电子衡器制造技术及应用得到了新发展。

电子称重技术从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。

但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。

二：趋势通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器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；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。

1．小型化体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。

近几年新研制的电子平台秤结构充分体现了小薄轻的发展方向。

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，已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、7）m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（5～28）m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.集成化对于某些品种和结构的电子衡器，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。