【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 隨著技術(shù)的發(fā)展，衡器的安全性于近期日益突出。對(duì)衡器的安全性應(yīng)予以充分重視，目前至少包括以下 5個(gè)方面： (1)衡器操作的安全性，強(qiáng)調(diào)的是人身安全、設(shè)備安全和環(huán)境安全。 (2)在允許的嚴(yán)酷條件下及發(fā)生設(shè)備故障時(shí)，確保衡器具有不丟失有效數(shù)據(jù)的技術(shù)性能，即衡器應(yīng)當(dāng)具有即時(shí)判斷故障及保存斷點(diǎn)數(shù)據(jù)的技術(shù)安全措施。 (3)從提高衡器反作弊安全性考慮，加強(qiáng)衡器運(yùn)行、調(diào)試管理及調(diào)校數(shù)據(jù)的嚴(yán)密保護(hù)功能，堅(jiān)決維護(hù)衡器作為計(jì)量器具的公平公正性。 (4)保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，采取加密措施，提高衡器應(yīng)用軟件的安全性。 (5)針對(duì)不斷升級(jí)的網(wǎng)絡(luò)攻擊與盜取行為，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到提高網(wǎng)絡(luò)安全性的重要性與緊迫感。 提高安全性 功能拓展及稱重技術(shù)在非衡器領(lǐng)域延伸 衡器突破傳統(tǒng)模式，能夠?qū)Ω鞣N物態(tài)，如固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的顆粒狀、粉末狀或黏性物體、混合物體的物理化學(xué)參數(shù)等進(jìn)行準(zhǔn)確稱重、分析和控制，開(kāi)發(fā)多種稱重方法結(jié)合的多參數(shù)、多通道、多功能測(cè)量、分析與控制，完成傳統(tǒng)衡器的革命性發(fā)展，如在太空失重狀態(tài)下進(jìn)行稱重，對(duì)變質(zhì)量物質(zhì)進(jìn)行稱重等。只有打破傳統(tǒng)衡器領(lǐng)域的應(yīng)用，才能使衡器稱重技術(shù)得到極致發(fā)揮。 (1)稱重技術(shù)智能化 計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展使衡器的“大腦”越來(lái)越發(fā)達(dá)，特別是當(dāng)前 PC成熟的雙核乃至 8核的多核技術(shù)，結(jié)合成熟的多線程應(yīng)用程序，使得稱重技術(shù)領(lǐng)域的多任務(wù)實(shí)時(shí)測(cè)控任務(wù)不僅開(kāi)發(fā)和運(yùn)行自如，且保證了整個(gè)稱重系統(tǒng)始終處于自檢測(cè)、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和自控的最佳工態(tài)，稱重技術(shù)有了豐富軟硬件的充分支持，智能化衡器的實(shí)現(xiàn)可望又可即。 稱重系統(tǒng)可以從傳感器一次測(cè)量端就開(kāi)始實(shí)施數(shù)字化、智能化(國(guó)外稱之為 smart sensor)，一方面提高了抗噪、抗干擾、防作弊能力，另一方面引入了數(shù)字補(bǔ)償、自診斷、免標(biāo)定等先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和衡器功能 。 與高新技術(shù)結(jié)合 (2)衡器網(wǎng)絡(luò)化 現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其通信協(xié)議發(fā)展迅速，任何設(shè)備只要具有必備的通信能力，就可以連入網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信，打破了操作者的時(shí)空界限。衡器作為稱重模塊，通過(guò)局域網(wǎng) (LAN)可以融人企業(yè)的集散控制系統(tǒng) (DCS)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (FCS)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的測(cè)控、通信、診斷。而且，通過(guò)廣域網(wǎng)(WAN)實(shí)現(xiàn)全球性的連接與應(yīng)用，最大限度地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與共享、交互性聯(lián)絡(luò)，實(shí)行真正意義上的分布式測(cè)控。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)化和信息網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)合，真正推動(dòng)工業(yè)智能控制系統(tǒng)得到極大發(fā)展。如上圖所示為一種網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)。 遠(yuǎn) 程 測(cè) 控 器本 地 測(cè) 控 器I n t e r n e t局 部 測(cè) 控 器以 太 網(wǎng)局 部 測(cè) 控 器變 送 器 變 送 器執(zhí) 行 器 執(zhí) 行 器測(cè)控對(duì)象測(cè)控對(duì)象 虛擬儀器 (VI)的基本思想是用計(jì)算機(jī)資源實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的輸入、處理和輸出等功能，形成“用戶自己定義的儀器”。國(guó)際上有人認(rèn)為“ The software is still the instrument．”雖然未免偏頗，但它幽默地描繪了以軟件為核心的模塊化發(fā)展方向，肯定了軟件的靈魂作用。通過(guò)軟件定義模塊化硬件的功能和創(chuàng)建自定義界面，用戶可以快速實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試與控制搭配。 VI體現(xiàn)出集成性出色、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少、技術(shù)性能高四大優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)都由模塊化 I／ 0、集成化的軟硬件平臺(tái)共同支撐，所以使用者可以輕松地依靠圖形化設(shè)計(jì)完成程序開(kāi)發(fā)。在當(dāng)今衡器的開(kāi)發(fā)中，應(yīng)當(dāng)逐步地建立起軟件的靈魂和發(fā)動(dòng)機(jī)地位，由點(diǎn)至面、由表及里地有次第開(kāi)拓。圖 215所示為虛擬儀器概念示意圖 。 用 戶 定 義的 儀 器控 制平 臺(tái)攝 像圖 像工 業(yè) 自動(dòng) 化 網(wǎng)絡(luò)傳 感 器數(shù) 據(jù) 采集測(cè)量(4)其他 例如，采用現(xiàn)代工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)衡器小型化、模塊化、清潔化也是人們一直追求的目標(biāo)。 (3)儀器虛擬化 儀器虛擬化又可以稱為硬件功能軟件化，不僅是降低開(kāi)發(fā)成本、縮短制造周期的辦法，更是一條儀器改革之路。 三、衡器的基本結(jié)構(gòu) 衡器的基本結(jié)構(gòu)由承載器、載荷傳遞裝置和載荷測(cè)量裝置三大主要部分組成。以電子臺(tái)秤為例，簡(jiǎn)單衡器由圖 216所示的結(jié)構(gòu)組裝而成。復(fù)雜衡器作為一種現(xiàn)代測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備，還含有完成系統(tǒng)功能所必需的測(cè)量?jī)x器、測(cè)量組件、測(cè)量軟件和相關(guān)的輔助設(shè)備。汽車(chē)衡構(gòu)造示意圖如下圖所示。 圖 216 電子臺(tái)秤的結(jié)構(gòu)示意圖 載荷測(cè)量裝置(稱重儀表 ) 承載器 (臺(tái)面 ) 載荷傳遞裝置 載荷傳遞核心部件 (稱重傳感器 ) 承載器 (load receptor) 承載器是用來(lái)放置被稱物的裝置，根據(jù)被稱物體的特征、稱重形式、技術(shù)要求和計(jì)量要求而設(shè)計(jì)，可以包括進(jìn)料和出料裝置。其設(shè)計(jì)的原則：承載器應(yīng)保持穩(wěn)定和不引入附加的干擾力，并要求不因被稱物體重心位置改變和物料分布不均而影響稱重結(jié)果。 承載器的形狀結(jié)構(gòu)取決于所稱物體的形態(tài)，大多為平臺(tái)式和容積式(斗形、罐形等 )，也有比較特殊的結(jié)構(gòu)，如轉(zhuǎn)子秤和沖板流量計(jì)等。 承載器由稱重單元支撐。臺(tái)秤、地中衡一般配用平臺(tái)承載器；專(zhuān)用稱量某種物體的秤，則配有能縮短稱量時(shí)間、減小操作繁重性的專(zhuān)用承載器，如衡量顆粒狀物料的秤上設(shè)置簸箕式秤盤(pán)，衡量液體的秤則安裝專(zhuān)用儲(chǔ)盛器。此外，承載器的形式還有軌道衡的軌道、皮帶秤的運(yùn)輸帶、吊秤的吊鉤、包裝秤的料倉(cāng)等。承載器的結(jié)構(gòu)雖各不相同，但功能卻是一致的。由三個(gè)以上稱重單元支撐的承載器是穩(wěn)定的．但必須經(jīng)過(guò)調(diào)整或使用一些附加結(jié)構(gòu)才能使其保持穩(wěn)定。 為了保證承載器在工作時(shí)具有正確的狀態(tài)和安全性，一般需要安裝制動(dòng)限位器或約束機(jī)構(gòu)，常用的結(jié)構(gòu)如圖 218所示。 限位器主要用來(lái)保證承載器處于正確的受力狀態(tài)，防止承載器受到外力沖擊時(shí)傾倒或超過(guò)設(shè)計(jì)位移，不能恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。因?yàn)樵跊_擊力存在的過(guò)程中，限位器的接觸處會(huì)引入不規(guī)則的附加力，明顯地影響稱重結(jié)果。因此，用于靜態(tài)稱重的限位器應(yīng)使承載器與基座之間保持一定的活動(dòng)間隙，避免引入附加干擾力，且這種承載器都有自動(dòng)復(fù)位功能，在沖擊力解除后，能恢復(fù)到原位。約束機(jī)構(gòu)的引入不可避免地要產(chǎn)生附加力，在設(shè)計(jì)和使用約束機(jī)構(gòu)時(shí)要特別注意，盡量減小附加力的影響。當(dāng)承載器裝有三個(gè)以上的約束機(jī)構(gòu)時(shí)，由于處理不當(dāng)，會(huì)造成所謂的“超靜定”狀態(tài)，使承載器“卡死”或帶來(lái)顯著的附加力，造成很大的誤差。圖 219所示為具有約束桿的傳感器在大型稱重罐中的典型運(yùn)用，圖中的四個(gè)支點(diǎn)，有三個(gè)支點(diǎn)被約束，左上角處的支點(diǎn)是自由的，這樣的約束機(jī)構(gòu)可避免大罐熱脹冷縮造成幾何形變的影響。 圖 219 大型稱重罐典型約束機(jī)構(gòu)示意圖 載荷傳遞裝置 (load— transmitting device) 稱重傳感器 (load cell)是載荷傳遞裝置的心臟，也是電子秤的關(guān)鍵部件。傳感器是將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的一次轉(zhuǎn)換元件，它的性能決定了稱重系統(tǒng)的最終性能。因?yàn)殡娮钁?yīng)變式稱重傳感器便于規(guī)?；a(chǎn)，價(jià)格低廉，以及適于標(biāo)準(zhǔn)化，所以在衡器中得到廣泛運(yùn)用。右圖是電子臺(tái)秤內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 它 是把作用在承載器上的載荷所產(chǎn)生的力傳遞到載荷測(cè)量裝置的部件。 常用的電阻應(yīng)變式傳感器的類(lèi)型有：柱式、單懸臂梁、橋式、S型、輪輻式、單點(diǎn)式等，其量程可由幾十克到幾百噸。下圖是幾種電阻應(yīng)變式稱重傳感器的外觀。 不論選用何種形式的傳感器，如果安裝不正確，即使是質(zhì)量最好的傳感器也不能得到正確的測(cè)量結(jié)果。 無(wú)論何種類(lèi)型的傳感器和加力支撐結(jié)構(gòu)，均可歸納為三種安裝方式，如圖 222所示。其中圖 222a所示為典型圓柱式傳感器的擺動(dòng)式支撐結(jié)構(gòu)，上、下有萬(wàn)向接頭的 s型結(jié)構(gòu)也屬此類(lèi)。這種結(jié)構(gòu)頂部為球形接觸，下部為一球面底座，此時(shí)傳遞垂直力時(shí)，既不受偏載力影響，也不受力矩作用，具有極高的準(zhǔn)確度。圖 222b以橋式稱重傳感器為代表，一端為球形，底端為平面支撐。此種形式會(huì)受偏載力的影響，但不受力矩作用，需要通過(guò)約束機(jī)械來(lái)消除偏載力的影響，適用于中等準(zhǔn)確度的稱重系統(tǒng)，在工業(yè)稱重領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。如圖 222c所示，此種稱重傳感器底面和加載面與底座和承載器是固定連接，它可以不用約束機(jī)械，在不受力矩影響時(shí)，也可具有較高的準(zhǔn)確度，例如使用單點(diǎn)式稱重傳感器的臺(tái)秤和地秤。 稱重傳感器與承載器結(jié)合時(shí)，必須考慮以下三個(gè)基本因素： (1)承載器的位移引起的偏載力和力矩。 (2)稱重傳感器的載荷分配。 (3)作用于承載器的外部干擾力，例如，與料斗或罐相連的下料管道，以及約束機(jī)構(gòu)。 對(duì)不同類(lèi)型的傳感器，廠家都會(huì)給出安裝條件的要求。圖 223是某廠家對(duì)柱形稱重傳感器給出的安裝要求。有的還會(huì)給出約束導(dǎo)向件等的具體要求和附件，使用中應(yīng)遵循這些要求，才能使稱重傳感器得以正常發(fā)揮作用。 國(guó)際建議 0IML R60(2022年版 )《 稱重傳感器計(jì)量檢測(cè)規(guī)程 》 中將稱重傳感器分為 A、 B、 C、 D四個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)，分別與 OIML R76《 非自動(dòng)衡器 》 中衡器的四個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)相對(duì)應(yīng)。這樣對(duì)于衡器制造來(lái)說(shuō)非常方便，例如 C級(jí)3000分度的傳感器，表示該傳感器的界定分度數(shù)為 3000，一般說(shuō)來(lái)，用它來(lái)制作分度數(shù)為 3000的衡器是足夠的。 載荷測(cè)量裝置 (load— measuring device) 載荷測(cè)量裝置的核心是稱重顯示控制儀表 (indicator)，它將來(lái)自傳感器的電量信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)稱重結(jié)果的顯示、傳輸、打印和存儲(chǔ)，并能根據(jù)稱重系統(tǒng)的要求，通過(guò)通信接口發(fā)送和接收信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱重系統(tǒng)的控制。稱重顯示控制儀表根據(jù)使用目的不同，可分為靜態(tài)測(cè)量?jī)x表和動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x表兩大類(lèi)?，F(xiàn)在衡器大多采用微機(jī)作為顯示終端設(shè)備，擴(kuò)展了儀表的許多功能。在機(jī)械衡器中大多采用模擬顯示裝置。左圖和右圖分別是稱重顯示控制儀表的外觀和工作原理框圖 。 四、衡器的分類(lèi) 用來(lái)測(cè)量質(zhì)量 (重量 )的器具有上百種，其測(cè)量原理、用途和使用環(huán)境各不相同，因而可以從不同角度來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，因此分類(lèi)的方法很多。以下僅列出常遇到的幾種。 1．按法制管理目錄分類(lèi) 由計(jì)量法所規(guī)定的法制管理目錄，可將衡器劃分為強(qiáng)制性管理衡器和非強(qiáng)制管理衡器兩大類(lèi)。在我國(guó)，凡是用于公眾貿(mào)易結(jié)算的衡器，均列人強(qiáng)制性管理目錄進(jìn)行法制管理，須取得計(jì)量器具制造許可方能進(jìn)行銷(xiāo)售和使用，而且在使用中還要定期接受計(jì)量管理部門(mén)的計(jì)量性能檢定和監(jiān)督。 2．按用途分類(lèi) 按照衡器的用途，可大體分為以下若干類(lèi)別： (1)商業(yè)用衡器 ——如計(jì)價(jià)秤、郵資秤、標(biāo)簽零售秤、商用案秤、商用臺(tái)秤等。 (2)工業(yè)用衡器 ——如吊秤、汽車(chē)衡、軌道衡、配料秤、定量包裝秤、液體灌裝秤、鋼包秤、鋼材秤、分檢秤、皮帶秤、轉(zhuǎn)子秤等。 (3)醫(yī)用衡器 ——如嬰兒秤、病床秤、透析用秤等。 (4)實(shí)驗(yàn)室用衡器 ——如精密分析天平、實(shí)驗(yàn)室天平等。 (5)家庭用衡器 ——如廚房用秤、體重秤、“手掌”秤等。 軌道衡 定量包裝秤 配料秤 液體灌裝秤 鋼包秤 鋼材秤 上面所列的計(jì)價(jià)秤、郵資秤、標(biāo)簽零售秤、汽車(chē)衡、軌道衡、配料秤、定量包裝秤、分檢秤、廚房用秤、體重秤、嬰兒秤、病床秤等衡器的命名都是很明確地聯(lián)系到它們的具體用途；而案秤、臺(tái)秤 (見(jiàn)下圖 )、吊秤、皮帶秤 (見(jiàn)下圖 )、轉(zhuǎn)子秤等的命名則是另一種構(gòu)思，來(lái)源于它們的外觀或樣式。 臺(tái)秤 皮帶秤 按結(jié)構(gòu)分類(lèi) (1)機(jī)械衡器 如彈簧度盤(pán)秤、杠桿式天平、臺(tái)秤、案秤、地中衡等。機(jī)械衡器稱重是基于靜力或力矩平衡原理，“稱”出的是物體的質(zhì)量 (彈簧度盤(pán)秤除外 )。 (2)電子衡器 隨著科技發(fā)展，各類(lèi)衡器產(chǎn)品都廣泛應(yīng)用了電子技術(shù)，電子衡器