中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 周祖濂
一、歷史回顧
早期使用應(yīng)變傳感器的電子秤，配用模擬電路的顯示器。雖然要比機(jī)械更易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但由于使用指針顯示讀數(shù)，以及要求長(zhǎng)期穩(wěn)定激勵(lì)電壓，使其電子秤的精度低于機(jī)械秤，與桿秤和彈簧秤的精度差別不大。
隨著集成電路和微處理器廣泛用于電子秤顯示器，使得電子秤的性能有了顯著的進(jìn)步，在此期間有了以下一些技術(shù)進(jìn)步：六線制、比例式電壓測(cè)量、零點(diǎn)跟蹤等。使得精度大幅度提高，顯示器的分度值可達(dá)10000分度以上，靈敏度達(dá)1μv/d或更好。除可以數(shù)字顯示稱重結(jié)果，還可實(shí)現(xiàn)去皮、自診斷、數(shù)字輸出等功能，具有很強(qiáng)I/O與接口功能。更便于與工業(yè)自動(dòng)化過程匹配。
二、近代顯示器的主要特點(diǎn)
由于近代微電子器件的高速發(fā)展，使得稱重顯示器有了概念化的轉(zhuǎn)變，進(jìn)入了數(shù)字化智能化儀表的階段，ΣΔ−DA變換器的使用已*取代了以往的“三積分電路”。ΣΔ−DA變換器不僅有*的轉(zhuǎn)換精度可達(dá)224位和*線性度，而且有*的穩(wěn)定性（小于每年0.002%）和溫漂。靈敏度可達(dá)0.4μv/d（認(rèn)證）或0.1μv/d。經(jīng)認(rèn)證的分度值達(dá)10000分度，內(nèi)部分辨率一般可達(dá)550000碼。具有更強(qiáng)的自診斷和自學(xué)習(xí)的智能化功能，以及方便的接口和通信功能，如與CANopen，Pronfibus DP、Ethernet網(wǎng)絡(luò)相連。并能實(shí)現(xiàn)無砝碼較準(zhǔn)和數(shù)字角差調(diào)整。
由于微電子器件的價(jià)格越來越低廉和傳感器的穩(wěn)定性能提高，形成了將兩者結(jié)合在一起的數(shù)字化傳感器。將一次測(cè)量器件與二次測(cè)量?jī)x表的功能集成為一個(gè)整體，更便于工業(yè)自動(dòng)控制過程的運(yùn)用。
三、顯示器試驗(yàn)指導(dǎo)
顯示器大體可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)纱箢?，但與非自動(dòng)衡器和自動(dòng)衡器的關(guān)系相似。靜態(tài)顯示器的計(jì)量和技術(shù)指標(biāo)是基本的。首先要試驗(yàn)顯示器的靜態(tài)技術(shù)、計(jì)量性能后，再根據(jù)顯示器的不同運(yùn)用結(jié)合稱重結(jié)構(gòu)測(cè)試其衡器的動(dòng)態(tài)性能。
下面根據(jù)我在國(guó)外對(duì)顯示器的認(rèn)證試驗(yàn)以及在國(guó)內(nèi)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，講述應(yīng)該如何對(duì)顯示器進(jìn)行試驗(yàn)，供大家參考。
我國(guó)的顯示器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)OIML R76號(hào)建議制定。我在國(guó)外做認(rèn)證時(shí)，歐洲是根據(jù)EN45501非自動(dòng)衡器的歐洲標(biāo)準(zhǔn)和EC90/380/EEC號(hào)指令，并參照NMi（Nederlands Meetinstituut）的試驗(yàn)程序進(jìn)行。
下面將我國(guó)檢定中沒有列入試驗(yàn)的一些主要項(xiàng)目敘述如下：首先根據(jù)EN45501規(guī)定，對(duì)顯示器做影響因子和干擾因子實(shí)驗(yàn)時(shí)被接傳感器的阻抗和檢定分度值（μv/VSI）的要求是有不一樣的規(guī)定（如表1）。第二、對(duì)不同阻值的電纜和傳感器阻抗的影響進(jìn)行試驗(yàn)（如圖1和表2）。第三、按照下列傳感器的技術(shù)條件對(duì)顯示器做試驗(yàn)：
1. 傳感器的靈敏感為2mv/v；
2. 激勵(lì)電壓為10V；
3. 傳感器加載范圍是zui大量程的30%；
4. 檢定分度數(shù)為6000VSI
5. 每檢定分度的電壓值為1μv/VSI（2mv/v，30%/6000）
表 1
EN45501
條款序號(hào)
條款 分配因子
Pi=
阻抗μv/VSI
A.4.4 Weighing Performance 0.3…0.8 low min
A.4.5 Multiple indicating device
Analogue 1 low min
Digital 0 low min
A.4.6.1 Weighing accuracy with tare low min
A.4.10 Repeatability low min/max
A.5.2 Warm-up time test 0.3…0.8 low min/max
A.5.3.1 Temperature（effect on amplification） 0.3…0.8 low min/max
A.5.3.2 Temperature（effect on no load） 0.3…0.8 low min
A.5.4 Power Voltage Variation 1 low min
3.9.5 Other influences
B.2.2 Damp heat steady state 0.3…0.8 low min/max
B.3.1 Short time power reduction 1 high* min
B.3.2 Bursts 1 high* min
B.3.3 Electrostatic discharge 1 high* min
B.3.4 Electromagnetic susceptibility 1 high* min
B.4 Span Stability 1 low min
VSI=Verification Scale Interval
*Test has to be Performed with load cell
顯示器放大器的檢定分度值和zui小分度值（μv/VSI）的精度取決于很多困素，例如：
——顯示器到傳感器或模擬器的電纜長(zhǎng)度，
——顯示器的阻抗，
——激勵(lì)電壓的大小，
——連接點(diǎn)的溫差電勢(shì)，
——激勵(lì)電壓的不準(zhǔn)確度，
——溯源性，重復(fù)性、穩(wěn)定性，等。
早期顯示器的激勵(lì)電源電壓大多為 10V，而現(xiàn)在大多為5V。因此同樣在6000 分度，傳
感器靈敏度為2mv/v 的情況，檢定分度值改變?yōu)?.5μv/XSI，與此同時(shí)，對(duì)用來檢測(cè)顯示器
的模擬器精度也要提高一倍。
表2：阻抗值
positio
Rc（ohm）
0
0
1
0.34
2
1.13
3
1.93
4
5.26
5
10
6
20
7
33.3
8
50.3
Positio
Rex（ohm）
Ric（ohm）
Number of load cells
0
1
Open
350
1
2
350
175
2
3
117
87.5
4
4
73
60
6
5
51
44
8
6
39
35
10
7
32
29
12
RIC=′+′•CexCexRIRRIR
圖1
對(duì)顯示器溫度影響的試驗(yàn)可細(xì)分為兩部：
——顯示器的溫度影響；
——接到有傳感器電纜的溫度影響（試驗(yàn)按照表2的電阻數(shù)值）。
并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的計(jì)算做了規(guī)定和試驗(yàn)原理的理論分析。
四、結(jié)束語
現(xiàn)在的顯示器雖然有了很大的發(fā)展，但對(duì)顯示器基本的計(jì)量準(zhǔn)確度的要求沒有大的改變?，F(xiàn)在的顯示器的激勵(lì)電壓多為5V，而不是以往的10V。另外按EN45501的規(guī)定，對(duì)數(shù)
字式顯示器的分配因子Pi定為0值。數(shù)字傳感器的出現(xiàn)使之與相接的“顯示器”和早先的顯示器有了極大的不同，它已不再處理模擬信號(hào)，只處理數(shù)字信號(hào)，原理上講對(duì)溫度影響時(shí)是不靈敏的?？傊F(xiàn)在顯示器的發(fā)展與以往的顯示器有了不同，但對(duì)計(jì)量要求的試驗(yàn)無大改變。因此把我過去的一些對(duì)顯示器試驗(yàn)的了解寫出來供有興趣的同行參考。一些更詳細(xì)的資料在此就不詳述了。