地磅中模拟传感器与数字传感器之比较

     传感器技术作为一种测量的手段，由于其拓展了对物体性能测量的深度和广度，提升了测量仪器的性能。称重传感器与称重显示仪表的结合，使得电子衡器继杠杆式衡器、弹簧秤等种类之后，成为了使用更广泛的衡器形式。数字传感器作为称重传感器的另一种形式，与模拟传感器共同成为了地磅的主要组成部分，两种传感器将共存，共同壮大地磅家族。

     地磅是历史悠久、使用极为广泛的一种计量仪器。自从其诞生之日就和自然科学的发明、发现紧密相连，并随科学技术的发展而发展，不断壮大自己。

    随着新技术革命的到来，人们对探索、获取自然界信息的要求愈加强烈。终于导致一种更能很好的获取自然界信息的技术—传感器技术诞生了。1821 年德国物理学家赛贝首先在温度测量领域，发明了传感器即热电偶传感器。五十年以后，一种作为完全意义上的新型计量仪器—铂电阻温度计被另一位德国人西门子发明了。

    传感器的出现极大地拓展了人们的探索自然的能力，对微观、微小物体的观测更深入，对遥远、宏大天体的观测也变成了更具体。这项技术经过地磅界人员的研究和完善，在二十世纪八十年代，被成功地运用于地磅领域，成为地磅发展的一次新的变革。在经历了依赖于杠杠原理的机械式衡器、胡克定律的弹簧秤等形式后，衡器进入了依赖称重传感器为主要部件的电子衡器时代。

    地磅主要由秤体、称重传感器及称重显示仪表组成。其中称重传感器的性能更是决定了电子衡器的性能。传感器技术的改进和提高，不断地提升了地磅的各项技术指标、拓展了地磅应用领域。

传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源等四部分组成。

敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号；变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。

具体到地磅领域的传感器是称重传感器。

称重传感器一般由弹性体、转化装置、测量电路和传输电缆 4 部分组成。其中弹性体是由具有良好弹性形变的材料承担，能很好地形成重力与由此产生的几何形变的一一对应关系。转化装置顾名思义就是将几何量转化成电学量，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。测量电路就是将转化来的电学信号进一步处理形成可传输、测量的模拟电信号。传输电缆是将电信号传输到称重显示仪表。此类传感器习惯称之为模拟 （式） 传感器。总之电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体 （弹性元件，敏感梁） 在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片 （转换元件） 也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号 （电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

称重传感器形式、规格多种多样，基本满足各种衡器的设计需求，模拟传感器占据了市场的绝大份额。

任何一种技术有优点也有缺点。模拟式传感器的输出信号为 mV 级信号太小，且易受射频干扰和电磁干扰。而且在传输中由于电缆电阻的影响会有所损失，所以信号传输距离较短，在称重显示仪表的接收端需要进行必要的处理，才能更好地显示称重结果。

衡器的发展历史就是衡器自身不断的完善自己的历史。随着数字通讯技术的发展，在传感器的输出信号传输部分也引进的数字通讯技术。即在模拟传感器内部增加了 A/D 转换等装置，然后再由传输电缆将数字信号传输到称重显示仪表。此类传感器习惯称之为数字 （式） 传感器。数字称重传感器信号输出采用数字量，不但电平高，受干扰的影响很小，而且它是采用现场总线技术，通信速度超快，还带有通信纠错功能，因此由数字传感器输出的信号可以经过较长距离的传输而将输出信号较完整的传输到称重显示仪表。

模拟称重显示仪表对由模拟传感器输入的电学信号，经过放大、A/D 转换等处理之后显示称量结果的。数字称重显示仪表对由数字传感器输入号的数字信号，经过必要的核查整理后亦显示称量结果的。

目前数字传感器正在大量的投入地磅市场并与模拟传感器共同占据形成比肩之势。进而出现了一种数字传感器要取代模拟传感器的观点。其理由如下：（1） 传输距离远，通信速度快，防作弊效果显著。（2） 抗干扰能力强，可靠性高，防雷性能好。（3） 免除标定。

（4） 维护方便，使用整体成本低。

我们先看这些理由是否足以否定模拟传感器存在的必要。固然数字信号由于传输的是高低两个电平，信号只有 1、0 两个信号。对于信号的差错可以进行校对，模拟信号不及数字信号。但是地磅的秤体部分与称重显示仪表目前的距离绝大部分不会超过 500m，在这个距离数字信号与模拟信号的传播质量相比优势并不明显。关于防作弊效果来说，现在作弊一般是将作弊接收器安装在传感器至仪表的某个部位，况且作弊的手段多种多样，目前没有证据表明数字信号就一定比模拟信号更能杜绝作弊。只是由于模拟传感器应用的早些，对其进行作弊的手段更成熟些，使得由模拟传感器组成的地磅受到的作弊影响比例更大些。当数字传感器大量应用之后，对其作弊的手法也一定会不断翻新。仅以目前的作弊现象去否定模拟传感器的存在，理由不充分。关于免除标定”，其理由就更不充分了。当然数字传感器在出厂时已经用标准的测力机进行了标定，它的输出与标准值是对应的。由于它在传输工程中基本上没有损耗，所以读出的值就是实际测量值。而模拟传感器由于现场传输过程中有损耗，仪表接受到的信号不能精确的反映传感器的称量值。但是不要忘了对地磅整体的任何评价，都要受到国家检定规程或校准规范的限制，目前还没有哪个文件明确地磅不需要现场检测，不论首次、还是随后 （维修）。而且规定了各种现场检测要求。其中示值准确性是必检项。对于维护方便，使用整体成本低”似乎更站不住脚。由于数字传感器将 A/D 转换等处理集成在传感器

内部，这部分的成本不比模拟传感器的传输导线便宜，不同厂家的数字传感器在输出数字信号的地址编码的不同、模拟信号通过 PCM 脉码调制（Pulse Code Modulation） 方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用 8 位编码可将模拟信号量化为 28=256 个量级，实用中常采取 24 位或 30 位编码或有所区别，使得不同厂家数字传感器的互换性较差，而模拟传感器由于输出的只是称重信号的模拟量反而通过对接线盒的电阻 （电位） 器进行调整，对不同传感器容错能力更大些。至于调试的方便与否更是因人而异，只是熟练而已。

我们看一种技术是否先进，评价的标准不是技术的新旧，而是能否满足科学发展的需要，能否满足社会的需求，而非其他因素。

在地磅的计量性能中，传感器的性能指标占据了 70%的权重。因此分析模拟传感器与数字传感器的内在区别至关重要而传感器的性能指标什么呢？

我们评价传感器性能是一般会用下述 7 个指标：（1） 线性度、（2） 灵敏度、（3） 滞后、（4）重复性、（5） 漂移、（6） 分辨力、（7） 阈值等。

而这些指标又是由谁来控制的？

我们再来具体分析传感器的几个组成部分。

第一，弹性体部分。弹性体一般由性能稳定、反应灵敏的上等钢材承担。弹性体起到了将被测物体的质量转变为形变的功能。弹性体的质量好坏，决定了能否将被测量的物体不同的质量一一转化为弹性体的形变。不同的弹性体材料、弹性体构造对传感器的上述 7 个指标分别起到了决定性的作用。

第二，转化装置也就是电阻应变片。电阻应变片通过一定的粘合材料附着在弹性体上，应变片的性能和构造及粘合材料的性能，决定了应变片能否长时间的、完全一致的将弹性体的微小变化逐一的变化为电学量，这一过程同样对传感器的 7 个技术指标起着巨大的作用。不同的应变片决定了传感器的不同性能、寿命和应用领域。

第三，测量电路。不同的传感器会有不同的测量电路。其作用就是通过各种不同设计的电路，将由转化装置获得的电学信号进行整理放大，使得产生的模拟信号通过传输电缆传输至称重显示

仪表，使得仪表能充分、准确的显示称重结果。

这一部分，如果不能完成功能也会降低传感器的 7个技术指标。因此，测量电路也很重要。

第四，传输电缆。这部分的作用只是将需要传输到称重仪表的信号传输至仪表。目前传输电缆也有省去改用无线传输的。不管怎样，这部分对传感器的技术指标基本不起作用。

到此我们可以看出模拟传感器和数字传感器前三部分的构造完全相同。不同的是数字传感器在模拟传感器的内部，通过技术手段对需要传输的模拟信号进行了数字化，传输的不再是模拟信号而是数字信号。只是将需要由模拟称重显示仪器进行的数字处理技术提前进行了。接收数字信号的称重显示仪表，变成了数字显示仪表。

由此可以看出，数字传感器与模拟传感器相比对地磅的性能并没有根本性的改进。因此可以说数字传感器比模拟传感器先进、并取代之为时尚早，是个伪命题。

纵观科学技术的发展，一种技术一种产品的先进与否、生命力如何，不能以出现的先后为准，后出现的技术不一定比原有的技术更先进。

地磅的发展历史也是如此。光栅秤、机电结合秤等衡器，也都风光一时。但是由于他们没有产生新的衡器称量的原理、没有新技术的创新，只是引进了其他领域的技术对地磅进行改善，没能从本质上改进地磅的性能，其生命力不强。不是昙花一现，淹没在地磅发展的历史长河中，就是无法成为地磅发展的主流。反倒是那些看似简单，但是发现地磅称量原理的衡器傲立于历史长河中。就像杠杆原理导致的杠杆式衡器，胡克定律的弹簧式衡器以及依赖于传感器技术的电子衡器都成为了衡器发展的主流。

因此，数字传感器和模拟传感器，由于其称重原理完全相同，计量性能基本一致故会长期并存，在不同的应用领域获得各自的生存空间。共同发展壮大地磅家族。

本文由广东地磅厂家发表，更多衡器知识请电话咨询4008300813

文章来源：广东地磅厂家       广东地磅         http://www.gdligu.com

Admin:HE