电子衡器应用及发展趋势分析

2021-03-26李明辉

电子元器件与信息技术 2021年11期

关键词：衡器传感器发展

李明辉

（博兴县计量测试检定所，山东滨州 256500）

0 引言

随着社会的发展，各行各业的先进技术为电子衡器制造业提供了源源不断的动力，无论是从产品的设计、生产、制造还是具体实际应用都较之前有了较大的进步。目前国内电子衡器的研究重点正逐步从单一称重向智能综合称重系统方向发展。

1 电子衡器概述

1.1 电子衡器发展现状

比起欧美等发达国家，我国电子衡器制造业起步较晚，20世纪50年代中期才初具雏形。20世纪60年代，机电结合型电子衡器逐渐投入生产并使用，但该机型操作复杂且称重结果易受环境因素干扰，人力物力都耗费巨大。近半个世纪，随着我国国力的大幅度提升，电子称重技术和计算机智能技术日渐成熟，电子衡器称重技术也发展迅猛，已经完成由机电结合模式到全电子型模式与数字化智能型模式的转换。检测和测量方法从模拟测量升级为更为精确的数字测量，称重方式也从最初的静态称重模式发展为如今的动静结合称重模式[1]，操作更加便捷、功能更加丰富、应用范围更为广泛。

图1 现阶段市面常见的小型电子衡器

通过对电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求的调研分析与归类总结，目前，我国电子衡器总体的发展趋势可以概括为：①小型化，②模块化，③集成化，④智能化。技术性能发展趋势可以概括为：高效率、高精密度、高稳定性、高可靠性。应用性能则可以概括为：综合性、组合性、全面性。

1.2 电子衡器使用特点

电子衡器还未出现之前，人们从事计量工作都是使用传统木质衡器，它的标准刻度都是由人工量制的，因此测量精度会有较大的误差，甚至还会发生人为造假的情况。20世纪以来，随着传感技术的出现与发展，电子衡器逐渐出现在大众的视野中，很快电子衡器以其高精度、高灵敏度、读取方便的优势逐渐取代了传统的人工木质衡器，各个国家也出台相应的标准与规范，明确提出计量场合应使用电子衡器的要求。电子衡器也经历过多次更新换代，最终发展到如今满足于各行各业特定要求的较成熟的电子衡器。目前测量范围为1-1000kg的电子衡器应用最为广泛，根据行业的要求也可以更大或者更小。当代的电子衡器不仅能满足每日高负荷的工作量，而且产生的累积误差对正常工作的影响极小，也免去了日常繁杂的衡器维护工作，这也是电子衡器能够发展为主流衡器的重要原因之一。

表1 电子衡器的种类及结构

2 电子衡器发展的问题及解决方案

电子衡器的主要由称重传感器、称重显示器和承载器构成，承载器将被测物体的重量信号传输至传感器，传感器将承载器传输的重量信号转换为电信号，电信号经过控制电路处理后，将测量结果发送至称重显示器。其功能和性能与整体构造、关键零部件有着不可分割的关系，也决定着未来电子衡器发展的走向。其次电子衡器的管理和存放决定着衡器的精准度和寿命，而我国地域差距大，各地温度湿度有显著差异，应灵活制定存放方案[2]。

2.1 电子衡器发展主要问题

电子衡器虽然应用广泛，但在其发展与应用过程中也出现了许多问题，从电子衡器的生产制造阶段到使用阶段进行分析，可以总结出三类问题：电子衡器在制造阶段使用的原材料可能达不到其使用条件规定的要求，就有可能发生这种现象，使用低劣的原材料制造电子衡器可能会承受不住所称量产品的重量，从而导致电子衡器在称量过程中产生变形，出现误差甚至损坏，或者直接影响传感器的质量，从而不能得到较准确的称量结果。原材料质量不达标也许能降低成本，但是长远来说会阻碍电子衡器的发展；第二，是在制造阶段考虑不全面，或者生产环境达不到要求，环境中的湿度、灰尘、静电等都会极大地影响传感器的工作状态，所以，生产环境不严谨会导致生产出的电子衡器具有较大的误差；第三，是衡器安装阶段的不严谨，由于安装人员良莠不齐，其掌握的专业技能与经验水平高低不一，在电子衡器安装过程中容易忽视安装环境的重要性，环境周围的静电、尘土等都会影响衡器的测量精度，导致的后果轻则返工，耽误工期，重则浪费大量材料，造成严重的经济损失[3]。

2.2 解决方案

（1）零部件制造业改革。现阶段企业如何将数据建模和智能化等先进技术融合到传统的零部件设计和制造中已成为研究的重点。目前制造企业的革新应从两个方面入手：一为设计方法，二为制造工艺。

设计方法方面,第一步应改造、升级现有的设计工具。以最重要零部件传感器的设计过程为例：引入弹性元件总体结构的快速设计与计算、载荷及可承受载荷边界条件的影响分析、载荷的压头、承受载荷的底垫和安装平台组合来优化与设计子系统，同时，设计含有称重传感器总体结构的三维数字样件，以数字化模装代替实物模装，实现总体结构与附件的“提前见面”，采用此方法可有效提升发觉和处理不协调问题的时效性。制造工艺方面，首先制造模式需要创新，结合信息化和智能化的技术,打造智能的制造模式；其次要对制造工序、核心制造工艺改造，对其内部构造进行良好的设计和全面的考虑，包括对电阻应变计粘贴、固化与后固化、灵敏度温度补偿与零点温度和性能测试与检定工序进行数字化、自动化、智能化升级等。

（2）规范电子衡器的管理与存放。在现实环境中，电子衡器受温度、湿度影响较大。当电子衡器所处环境过于潮湿时被测量物体质量往往会偏重。因此管理存放时，需格外注意将存放环境保持干燥，尤其在南方地区的梅雨季节，在保存和使用电子仪器时，应先对周围的环境进行湿度测量，并采取一定的干燥措施，例如在库房安装抽湿器、放置石灰等，避免因环境潮湿对电子衡器的精确度产生的不良影响[4]。

3 电子衡器的未来发展趋势

目前，虽然国内电子衡器制造技术较国际电子衡器制造技术稍有落后，但近些年，通过国内专家的潜心研究与制造，国内电子衡器制造技术已经取得了瞩目的进步。人工智能、信息技术等高科技产物推动了社会的发展，5G技术、正在研究的6G及自主化芯片已成为现阶段国家面临的新挑战。

市场对电子衡器的要求也不局限于单纯的称重，更需要与现有的人工智能等先进技术相结合。从智能化角度来说，未来的电子衡器行业将拥有巨大的潜力和市场，各行各业将联合电子衡器制造业来打造适用于自己的物联网智能称重系统，如：应用于无人快递业的智能分拣秤、应用于智慧粮库中的物联网称重系统和应用于无人值守中电网的称重系统等[5]。

面对国际电子衡器产品高速度、高水平创新与改革的整体趋势，国内各生产商不仅要加强产品质量的监控与管理，同时还应注重产品外在的视觉效果，进一步提升产品的美观性。紧握系统制造的全局性，创新制造技术，加速整体产能，要求创造者不仅从产品技术问题进行革新，管理方式也应该做到与时俱进，二者相辅相成，共同促进，才可构成智能称重系统，进而达到品种兼容、质量稳定、效率提升的目的[6-7]。