高溫稱重信號傳輸方案探討

 摘 要：稱重顯示儀表因電子器件受允許工作溫度的影響限制，一般只能在0～40℃條件下長期工作，因此如何將高溫區電子秤的稱重信號傳輸到常溫區進行處理與顯示，是一個必須解決的重要問題。本文著重介紹信號傳輸在使用中的難點問題和解決方案。

關鍵詞：高溫 信號傳輸 數字化

一、引言

高溫環境，是指電子衡器設備所處的現場環境溫度超出50℃及以上。如冶金企業的煉鋼鋼水包計量、鐵水包計量、鋼水包行車計量、熱送焦炭計量、熱送燒結礦計量、紅送鋼坯計量、線材軋制在線計量等。高溫稱重傳感器的使用環境一般都非常惡劣，如在冶金行業應用時環境溫度梯度變化劇烈，鋼水澆注時會產生大量灰塵、腐蝕性氣體、潮氣等，鋼坯連鑄回轉爐鋼包電子秤，由于轉臺為360°旋轉，傳感器信號線會被纏繞，信號無法進行有線傳輸，因此高溫環境稱重除選用耐高溫的傳感器、接線端子、引線、電纜等特殊元器件外，還必須采用特殊的制造工件和補償手段以及多種傳輸方式來保障信號傳輸準確可靠。

二、稱重信號傳輸數字化

由于模擬式稱重傳感器輸出信號小，抗*力差，傳輸距離短，稱重顯示控制儀復雜，組秤調試周期長，根本不適應智能電子衡器的發展。數字稱重傳感器系統是將傳統模擬應變式傳感器與現代電子技術及計算機軟件技術相集成而發展起來的新型電子稱量技術，其主要特點如下：

1.由模擬信號轉換為數字信號提高了傳感器輸出信號的抗*力，特別適用于電磁干擾強、信號傳輸距離遠的工作環境。

2.通過數字補償電路和數字補償工藝，可進行線性、滯后、蠕變等補償，改善了性能；內裝溫度傳感器，通過補償軟件可進行實時溫度補償，穩定性好，減小了衡器的系統誤差。

3.使用一對一的A/D轉換方法（即每只傳感器均配有一路A/D轉換器），簡化了秤體的標定、調整過程，根據用戶實際使用經驗，使用數字傳感器系統電子衡器的標定時間約為傳統方法的1/4。

4.改善了電子衡器的維護特性，對于沒有維修能力的直接用戶來說是至關重要的。采用數字傳感器系統的電子衡器，在傳感器或系統中的部件發生故障時，可較準確地指出所損壞的傳感器的位置，以便進行更換。特別需指出的是采用數字傳感器系統的電子衡器中當某一個傳感器發生故障時，數字傳感器系統在進行必要的設置后，仍能保證衡器的工作能力。

5.各數字式智能稱重傳感器的地址可調，便于應用與互換。記憶能力免除了更換傳感器后的校準問題；在無法用砝碼進行標定的場合，輸入各傳感器的標定參數后，可保證衡器的工作能力，特別適用于無法用砝碼進行標定的稱量系統。

6.采用軟件運算方法代替常規使用電位器方法進行秤體四角器整，消除了可調節電位器產生的溫漂和時漂影響，提高了衡器的穩定性和可靠性。

7.稱重傳感器采用高集成化高智能化的處理單元全數字量輸出；可以防止用簡單電路改變稱量信號大小的方式進行作弊。

8.數字通訊技術采用工業標準RS232/485接口總線技術，實現稱重信號的遠距離傳輸，傳輸距離不小于1000m；輸出信號大，可達3V～4V，信噪比高使抗*力增強，同時提高了系統的防雷擊能力；高抗干擾、高精度稱重濾波技術，將一臺普通的電子秤讀數穩定度提高五倍以上。其中數字稱重系統與模擬稱重系統的根本區別是：

①模擬稱重系統其zui底層的溯源器是標準法碼，而數字稱重系統為標準力源，這一特性奠定了數字電子衡器無法碼檢定的理論基礎，為工業稱重計量節省了大量人力物力。

②數字稱重系統可對本系統內的每一個稱重傳感器單獨尋址，從而可分別對其進行監控、故障識別和稱重信息處理，具有自識別、自診斷、自校準、無砝碼標定功能，大大提高了系統的自動控制能力。

③模擬稱重系統的A/D轉換器只有16bit，即有50000個可用計數；而每一個數字稱重傳感器的分辨力為20bit，相當于1000000個可用計數，4個數字稱重傳感器組成的數字稱重系統，可以提供4000000個可用計數的分辨力。這不僅對需要添加小量物料的電子配料秤，就是對一般的電子衡器提高分辨力也是至關重要的。正是數字稱重技術克服了模擬稱重系統固有的缺點，使稱重計量技術跟上現代工業生產過程自動化、智能化的發展潮流。稱重傳感器的智能化有兩種結構：整體型——在稱重傳感器內部增加放大、濾波、A/D轉換器、微處理器、溫度傳感器等數字處理電路，利用數字補償技術與工藝實現各項補償。模塊化分離型——將整體型數字式智能稱重傳感器內的數字電路置于外部接線盒內，稱為數字模盒。將普通模擬式稱重傳感器接入數字模盒，就可變模擬輸出為數字輸出，將原先在傳感器內部的A/D轉換電路移至接線盒內，通常將具有A/D轉換模塊的接線盒稱為數字接線盒，再將數字接線盒輸出的數字信號傳遞給顯示控制器。這一結構大大改善了A/D轉換電路的工作環境，其特點如下：a.具有數字稱重傳感器的全部特性，配置靈活，方便。b.模塊化數字傳感器系統穩定性大大提高。c.總線結構便于多個稱量傳感器的應用可通過指令更改傳感器的測量特性；布線簡單，驚奇的通訊技術實現電子秤多CPU單總線雙向數據通訊。從顯示控制器至數字接線盒只需一條電纜線。一臺PC機可遙控幾十臺電子秤鍵盤操作和各種數據采集。所以，利用整體型數字稱重傳感器（內含放大、濾波、A/D轉換、CPU和溫度傳感器等）或模擬式稱重傳感器加數字接線盒（含A/D轉換器、數字電路和微處理器等）組成的數字稱重系統是現代稱重計量與控制系統工程的重要發展方向，數字測量技術保證以高精度和高可靠性適應代表現代控制技術發展趨勢的現場總線、控制網絡和信息網絡技術發展的需要。數字化稱重是電子稱重技術發展的必然趨勢。

三、稱重信號傳輸走線方式

稱重傳感器引出線為高溫（300℃）電纜，信號調整器引出線與稱重顯示器如果直接用導線連接此方法投資小，但若操作不當易造成導線扭斷影響正常稱量，根據不同的使用情況，在設計中可通過以下兩種方式連接：　

1.采用轉換器集流環信號傳輸裝置（以CXZ-2型為例）

①回轉爐鋼包電子秤，可在回轉臺支承柱的筒腔內設置一個接線盒，引出的總線輸入到CXZ-2型轉換器集流環信號傳輸裝置。能有效將回轉臺任意角度旋轉時的傳感器信號準確無誤地傳輸到儀表中，而不受外界信號干擾，解決了由于鋼包工作臺回轉時使電纜發生相互纏繞而無法實現稱重信號有線傳輸的難題。

②CXZ-2型傳感器信號轉換器，是一種把傳感器信號通過滑環傳輸到下一工作環節的信號轉換裝置。CXZ-2型傳感器信號轉換器主要功能特點：

a.可實現兩組傳感器進行自動信號轉換。

b.內部信號通過銀片接觸式傳遞。

c.可實現雙向傳輸。

d.不受外界信號干擾。

③CXZ-2型信號集流環由主軸、外罩、底座等三大部件組成。安裝時轉換器主軸必須與搖臂主軸同心。安裝接線方式如圖2。轉換器上有四組航空插座。從外表看兩組在主軸，兩組在外罩上，而實際主軸上兩組分別與外罩上兩組是相通的。當轉換器外罩旋轉時主軸上始終有兩組穩定的信號輸出。接線方法為：

a.外罩上兩組航空插頭分別與兩搖臂上鋼包秤接線盒輸出線相連。

b.主軸上兩組航空插座分別與操作室稱重儀表輸入線相連接。

2.采用無線傳輸方式

無線傳輸型稱重測力儀器，是由一組數字式稱重測力及發射裝置和另一組接收顯示裝置組合而成的。它是通過稱重測力元件感測所稱重量，經放大器將此信號放大，再由濾波器濾除雜訊后，由模數轉換器轉換成數字信號并通過發射裝置發射出去。另一組的接收裝置接收上述無線信號，解碼還原成數字信號送至微型計算機進行處理后直接顯示其數值，也可通過串行接口送至*控制計算機進行處理，適合各種大包秤、中包秤、行車秤等稱重計量、鋼包爐前稱重信號不方便走線的稱重控制系統中。無線發射機，是由A/D轉換盒、發射盒構成，其中A/D轉換盒中包含高精度A/D轉換器及微處理器。它將現場的稱重信號進行處理并發射給無線接收機。其具有*的抗電源*力；具有軟件自動恢復功能，使儀表能在惡劣的環境中正常工作；采用多種數字濾波方法，動態響應速度快。

四、稱重信號電氣連接方面

在傳感器的信號電纜電氣連接方面，傳感器的信號電纜線應遠離強電力電源及其它強干擾源；信號電纜線應采用防水導管保護；不要自行加長電纜線；電磁場對傳感器輸出紊亂的影響。在此情況下，應對傳感器的屏蔽性進行嚴格檢查，看其是否具有良好的抗電磁能力。傳感器的信號電纜，不與強電電源線或控制線并行布置（例如不要把傳感器信號線和強電電源線及控制線置于同一管道內）。若它們必須并行放置，那么，它們之間的距離應保持在50cm以上，并把信號線用金屬管套起來。不管在何種情況下，電源線和控制線均應絞合起來，絞合程度50轉／米，若傳感器信號線需要延長，則應采用特制的密封電纜接線盒。若不用此種接線盒，而采用電纜與電纜直接對接（錫焊端頭），則應對其進行密封防潮處理。所有通向顯示電路或從電路引出的導線，均應采用屏蔽電纜。屏蔽線的聯接及接地點特別予以注意，接好后應檢驗絕緣電阻，且需達到標準（2000MΩ～5000MΩ），必要時，應重新標定傳感器。若信號電纜線很長，又要保證很高的測量精度，應考慮采用帶有中繼放大器的電纜補償更為合理。傳感器輸出信號讀出電路不應和能產生強烈干擾的設備（如可控硅、接觸器等）及有可觀熱量產生的設備放在同一箱體中，若不能保證這一點，則應考慮在它們之間設置障板隔離之，并在箱體內安置風扇。用以測量傳感器輸出信號的電子線路，應盡可能配置獨立的供電變壓器，而不要和接觸器等設備共用同一主電源。

五、結束語

通過完成多臺耐高溫電子秤的設計改造，解決高溫環境稱重取得了較好的應用效果。適應環境惡劣及高溫車間使用，有利于稱重的精度及系統的可靠性，保證稱重的穩定性。數字化傳感器的信號經匹配器用有線或無線方式傳至稱重儀表，進行顯示、打印、儲存等操作。還可配備大屏幕、無線局域網數據管理、打印機等，提高了高溫稱重的現代化管理水平，從而取得較好的社會效益和經濟效益