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一、前言

無論工業(yè)生產(chǎn)還是民用領(lǐng)域，在許多需要大量統(tǒng)計數(shù)量的場合，都有通過簡單操作就能獲得最終統(tǒng)計數(shù)據(jù)的要求。應(yīng)用計數(shù)秤計數(shù)就是一種常見的、最理想的解決方案。

計數(shù)秤作為專門計數(shù)的衡器，首先要求計數(shù)精度高，同時必須做到計數(shù)速度快、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性能好。這兩個本身互相矛盾的性能要求，對計數(shù)秤提出了兩個問題：如何做到計數(shù)秤在實際使用中，既要滿足計數(shù)精度要求，又要做到快速和準(zhǔn)確？如何在精度和速度、穩(wěn)定性兩者之間尋求一個折中點？這些是所用衡器都要面對的問題，但相對于普通的衡器而言，計數(shù)秤的要求更加嚴(yán)格。

對電子衡器而言，上述要求基本上都是針對電子計數(shù)稱重儀表（以下簡稱計數(shù)儀表）的要求。要解決上述問題，計數(shù)儀表是關(guān)鍵。

本文以上海某稱重系統(tǒng)有限公司的XK3190—A24計數(shù)儀表為例，連接1只HBM的10kg傳感器組成系統(tǒng)，來演示計數(shù)秤的注意事項、使用方法和實際效果。本文還就計數(shù)模式的發(fā)展方向提出自己的一些看法，供大家參考。

二、儀表的精度

計數(shù)儀表在實際使用中，要做到多少精度才能符合需求？要回答這個問題就要先了解計數(shù)秤的實際使用情況。

在我廠庫房內(nèi)，我們了解了很多種通過計數(shù)秤計數(shù)的元器件，其中不乏一些自重較重的元件。元件自重越重，則要求的稱重精度就越低，所以我們最后選定一種較輕的尼龍扎帶為例，他的自重大約是0.142克。下面來討論下，對于0.142克重的元件，需要多少的精度才能分辨數(shù)量。假設(shè)整秤滿量程是8公斤，能準(zhǔn)確分辨0.142克的元件，有8000÷0.142≈56338，則精度應(yīng)該需要接近1/(6W)，才能對0.142重的元件進行計數(shù)。

普通的傳感器輸出范圍大概是10mV，當(dāng)精度要求做到1/(6W)時，有10mV÷60000≈0.167μV，則AD對于信號的分辨率應(yīng)該在0.167μV。如果在使用過程中對傳感器留一定的余量，比如選擇使用7.5mV以下，有7.5mV÷60000≈0.125μV，則AD對于信號的分辨率應(yīng)該在0.125μV。

XK3190—A24是我們上海某稱重系統(tǒng)有限公司一款新型計數(shù)儀表，我們將以XK3190—A24為例，來演示計數(shù)秤的注意事項、使用方法和實際效果，借此更加明確的闡明本文論述的觀點。XK3190—A24設(shè)計時的第一要點就是提高AD精度，選用了高精度的Σ-△芯片，和較完善的電路，儀表分辨率應(yīng)在0.1μV。為了驗證儀表的精度，先用電位差計來測試儀表。連接儀表后，通過調(diào)節(jié)電位差計的不同檔位，每次變化的電位差計輸出值可以為500μV、50μV等，最小檔位變化的電位差計輸出值是0.05μV。先用電位差計進行標(biāo)定，零點選擇0mV輸出，滿量程設(shè)50000分度、加載點4.2mV輸出。

標(biāo)定完成后，先粗略的看下回程、進程和微分線性效果，將電位差計從4.2mV分10檔，從4.2mV一直調(diào)節(jié)到0mV再調(diào)節(jié)回4.2mV，并且重復(fù)多次，整個過程中儀表顯示均為5000的倍數(shù)，由此得出：XK3190—A24計數(shù)儀表在各段量程中的一致性良好。

通過調(diào)節(jié)電位差計的輸出來驗證儀表的分辨率，試驗中我們每次調(diào)節(jié)0.1μV，儀表分度值加1，符合試驗預(yù)期。由此得出結(jié)論：XK3190—A24計數(shù)儀表的信號分辨率應(yīng)在0.1μV。

三、整機精度

儀表連接電位差計所體現(xiàn)出來的精度是一種近似理想的狀態(tài)，排除了由傳感器帶來的誤差，比如結(jié)構(gòu)上：阻尼比太??；制造工藝上：貼片不準(zhǔn)；功能材料上：熱脹冷縮、遲滯、非線性；外界環(huán)境影響：如溫度、壓力和濕度；人為操作帶來的干擾：如振動、加載卸載過快等等。因此儀表在實際使用過程中的表現(xiàn)還要考慮這些問題，最直觀的將這些性能展示給讀者的方法就是通過儀表組成系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的整體性能來說明儀表的適應(yīng)性。

為了達(dá)到預(yù)期的精度，還要注意幾點能避免誤差的措施：

（一）環(huán)境因素

（1）把秤放在穩(wěn)定的、沒有振動的環(huán)境下；

（2）避免空調(diào)或者開啟門、窗的氣流；

（3）避免陽光的直射；

（4）確保電源的穩(wěn)定；

（5）盡量避免靜電干擾或者使用塑料容器。

（二）操作員因素

（1）在放置容器進行采樣前，確保計數(shù)秤處于零位，必要時，按置零鍵；

（2）容器長時間放置在秤臺上，在采樣前請按去皮鍵重新去皮；

（3）避免使用大于秤臺面積的容器，大容器有很大的表面積，很容易受到氣流變化影響；

（4）避免影響精度和穩(wěn)定時間；

（5）盡量將容器放置在秤臺中央；

（6）進行去皮操作或采樣前，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定；

（7）采樣數(shù)量最好大于50個；

（8）分批計數(shù)，以觸發(fā)單重優(yōu)化功能。

（三）不規(guī)則物品因素

（1）選擇更多的采樣數(shù)量；

（2）采用單重優(yōu)化功能；

（3）不同機器生產(chǎn)的產(chǎn)品，進行單獨采樣；

（4）不同批次的產(chǎn)品，進行單獨采樣。

我們選擇1只HBM的10KG傳感器來組成系統(tǒng)，分度值設(shè)1，滿量程設(shè)8000來進行標(biāo)定。

在組成的系統(tǒng)中，用尼龍扎帶來進行儀表的精度試驗。采樣樣本為200個，采樣得到單重為0.14204克，單重采樣結(jié)束，然后通過各種方法來試驗實際效果。
和用電位差計每次加1檔來驗證微分線性一樣，在系統(tǒng)中通過每次加1定數(shù)量的尼龍扎帶來觀察實際稱量中的微分線性。增加的數(shù)量為10、10、10、10、10、50、100，并且重復(fù)多次，試驗的結(jié)果符合預(yù)期。

經(jīng)過以上的試驗可以得出結(jié)論：儀表滿量程設(shè)8000，實際能分辨0.1402克重的物品，有8000÷0.1402≈57061，系統(tǒng)的精度應(yīng)該接近1/(6W)。滿足本文一開始提出的精度要求。

四、XK3190—A24計數(shù)儀表的反應(yīng)速度與穩(wěn)定性

在實際的使用過程中，精度的提高對于系統(tǒng)的整體性能的提高是有絕對意義的，而且精度是一個可以方便量化的值，可以通過試驗、計算和論證得出明確的結(jié)果。相比之下儀表的反應(yīng)速度和穩(wěn)定性比較難以量化，而且量化的結(jié)果對于實際的使用來說意義不大，譬如0.01秒乃至0.1秒的反應(yīng)速度或者穩(wěn)定時間對于實際的使用都不一定有很大影響。另一方面，不同的使用場合對于這兩個性能的要求也不一致，所以我們在設(shè)計儀表時用一個參數(shù)來協(xié)調(diào)這兩個性能。

以XK3190—A24計數(shù)儀表組成的系統(tǒng)為例，我們提出2種試驗方法，并記錄2種試驗的結(jié)果，對于結(jié)果不做論證。歡迎大家嘗試重復(fù)試驗，或者提出更加嚴(yán)苛的試驗要求。

反應(yīng)速度的試驗方法：濾波系數(shù)設(shè)0，初始在秤臺加載10個樣品，然后加1個，當(dāng)儀表顯示加1時再加1個，一直加載到30個樣品時結(jié)束，從加載第一個樣品開始到結(jié)束，時間越短則反應(yīng)速度越快。

試驗中，如果選用的樣品重量越輕，則反應(yīng)速度越慢，我們在此選用的依然是0.142克重的尼龍扎帶，試驗的反應(yīng)時間大約是17秒。

穩(wěn)定性的試驗方法：濾波系數(shù)設(shè)3，將秤臺放于加固的復(fù)合木臺面，在秤臺上放置一個重心不穩(wěn)的5kg砝碼，敲擊桌面看儀表的穩(wěn)定性。

五、采樣單重的方法簡化

隨著技術(shù)發(fā)展，任何一個領(lǐng)域的智能化都是一大方向，對于計數(shù)秤來說，單重采樣的簡化對于使用者來說是非常有意義的。理想狀態(tài)下，將元件放在待測區(qū)，可以立即得出數(shù)量，數(shù)量是我們所需要的信息，而重量只是一種手段。計數(shù)秤作為通過稱重來得出數(shù)量的設(shè)備，最繁瑣的步驟就是單重采樣。而單重采樣中，最繁瑣的就是數(shù)出一定數(shù)量的采樣樣品，樣品數(shù)量越多單重越準(zhǔn)確，但是樣品數(shù)量越多數(shù)出采樣樣品的過程就越繁瑣。

XK3190—A24計數(shù)儀表通過單重修正的方式來達(dá)到采樣樣品不足的情況，單重修正的試驗如下。

試驗選用的樣品是我廠一種元件，重量約為0.354克。首先10個元件作為樣本采樣，得出單重為0.3575克，可見與實際存在一定偏差，這是因為單重數(shù)量不足引起的誤差。第二次在秤臺增加10個元件，儀表自動進行了單重修正，這是得出單重為0.35691，相比之下更接近真值。第三次增加10個，單重修正為0.35515；第四次增加20個，單重修正為0.35413；第五次增加20個，單重修正為0.3543；第六次增加30個，單重修正為0.35394。這時采樣樣本已經(jīng)為100，單重自動修正結(jié)束。此時采樣單重為0.35394克，已經(jīng)非常接近真值了。

 

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