高温称重信号传输方案探讨
摘 要：称重显示仪表因电子器件受允许工作温度的影响限制，一般只能在0～40℃条件下长期工作，因此如何将高温区电子秤的称重信号传输到常温区进行处理与显示，是一个必须解决的重要问题。本文着重介绍信号传输在使用中的难点问题和解决方案。 关键词：高温 信号传输 数字化 一、引言 高温环境，是指电子衡器设备所处的现场环境温度超出50℃及以上。如冶金企业的炼钢钢水包计量、铁水包计量、钢水包行车计量、热送焦炭计量、热送烧结矿计量、红送钢坯计量、线材轧制在线计量等。高温称重传感器的使用环境一般都非常恶劣，如在冶金行业应用时环境温度梯度变化剧烈，钢水浇注时会产生大量灰尘、腐蚀性气体、潮气等，钢坯连铸回转炉钢包电子秤，由于转台为360°旋转，传感器信号线会被缠绕，信号无法进行有线传输，因此高温环境称重除选用耐高温的传感器、接线端子、引线、专用电缆等特殊元器件外，还必须采用特殊的制造工件和补偿手段以及多种传输方式来保障信号传输准确可靠。 二、称重信号传输数字化 由于模拟式称重传感器输出信号小，抗干扰能力差，传输距离短，称重显示控制仪复杂，组秤调试周期长，根本不适应智能电子衡器的发展。数字称重传感器系统是将传统模拟应变式传感器与现代电子技术及计算机软件技术相集成而发展起来的新型电子称量技术，其主要特点如下： 1.由模拟信号转换为数字信号提高了传感器输出信号的抗干扰能力，特别适用于电磁干扰强、信号传输距离远的工作环境。 2.通过数字补偿电路和数字补偿工艺，可进行线性、滞后、蠕变等补偿，改善了性能；内装温度传感器，通过补偿软件可进行实时温度补偿，稳定性好，减小了衡器的系统误差。 3.使用一对一的A/D转换方法（即每只传感器均配有一路A/D转换器），简化了秤体的标定、调整过程，根据用户实际使用经验，使用数字传感器系统电子衡器的标定时间约为传统方法的1/4。 4.改善了电子衡器的维护特性，对于没有维修能力的直接用户来说是至关重要的。采用数字传感器系统的电子衡器，在传感器或系统中的部件发生故障时，可较准确地指出所损坏的传感器的位置，以便进行更换。特别需指出的是采用数字传感器系统的电子衡器中当某一个传感器发生故障时，数字传感器系统在进行必要的设置后，仍能保证衡器的工作能力。 5.各数字式智能称重传感器的地址可调，便于应用与互换。记忆能力免除了更换传感器后的校准问题；在无法用砝码进行标定的场合，输入各传感器的标定参数后，可保证衡器的工作能力，特别适用于无法用砝码进行标定的称量系统。 6.采用软件运算方法代替常规使用电位器方法进行秤体四角器整，消除了可调节电位器产生的温漂和时漂影响，提高了衡器的稳定性和可靠性。 7.称重传感器采用高集成化高智能化的处理单元全数字量输出；可以防止用简单电路改变称量信号大小的方式进行作弊。 8.数字通讯技术采用工业标准RS232/485接口总线技术，实现称重信号的远距离传输，传输距离不小于1000m；输出信号大，可达3V～4V，信噪比高使抗干扰能力增强，同时提高了系统的防雷击能力；高抗干扰、高精度称重滤波技术，将一台普通的电子秤读数稳定度提高五倍以上。其中数字称重系统与模拟称重系统的根本区别是： ①模拟称重系统其最底层的溯源器是标准法码，而数字称重系统为标准力源，这一特性奠定了数字电子衡器无法码检定的理论基础，为工业称重计量节省了大量人力物力。 ②数字称重系统可对本系统内的每一个称重传感器单独寻址，从而可分别对其进行监控、故障识别和称重信息处理，具有自识别、自诊断、自校准、无砝码标定功能，大大提高了系统的自动控制能力。 ③模拟称重系统的A/D转换器只有16bit，即有50000个可用计数；而每一个数字称重传感器的分辨力为20bit，相当于1000000个可用计数，4个数字称重传感器组成的数字称重系统，可以提供4000000个可用计数的分辨力。这不仅对需要添加小量物料的电子配料秤，就是对一般的电子衡器提高分辨力也是至关重要的。正是数字称重技术克服了模拟称重系统固有的缺点，使称重计量技术跟上现代工业生产过程自动化、智能化的发展潮流。称重传感器的智能化有两种结构：整体型——在称重传感器内部增加放大、滤波、A/D转换器、微处理器、温度传感器等数字处理电路，利用数字补偿技术与工艺实现各项补偿。模块化分离型——将整体型数字式智能称重传感器内的数字电路置于外部接线盒内，称为数字模盒。将普通模拟式称重传感器接入数字模盒，就可变模拟输出为数字输出，将原先在传感器内部的A/D转换电路移至接线盒内，通常将具有A/D转换模块的接线盒称为数字接线盒，再将数字接线盒输出的数字信号传递给显示控制器。这一结构大大改善了A/D转换电路的工作环境，其特点如下：a.具有数字称重传感器的全部特性，配置灵活，方便。b.模块化数字传感器系统稳定性大大提高。c.总线结构便于多个称量传感器的应用可通过指令更改传感器的测量特性；布线简单，惊奇的通讯技术实现电子秤多CPU单总线双向数据通讯。从显示控制器至数字接线盒只需一条电缆线。一台PC机可遥控几十台电子秤键盘操作和各种数据采集。所以，利用整体型数字称重传感器（内含放大、滤波、A/D转换、CPU和温度传感器等）或模拟式称重传感器加数字接线盒（含A/D转换器、数字电路和微处理器等）组成的数字称重系统是现代称重计量与控制系统工程的重要发展方向，数字测量技术保证以高精度和高可靠性适应代表现代控制技术发展趋势的现场总线、控制网络和信息网络技术发展的需要。数字化称重是电子称重技术发展的必然趋势。 三、称重信号传输走线方式 称重传感器引出线为高温（300℃）电缆，信号调整器引出线与称重显示器如果直接用导线连接此方法投资小，但若操作不当易造成导线扭断影响正常称量，根据不同的使用情况，在设计中可通过以下两种方式连接： 1.采用转换器集流环信号传输装置（以CXZ-2型为例） ①回转炉钢包电子秤，可在回转台支承柱的筒腔内设置一个接线盒，引出的总线输入到CXZ-2型转换器集流环信号传输装置。能有效将回转台任意角度旋转时的传感器信号准确无误地传输到仪表中，而不受外界信号干扰，解决了由于钢包工作台回转时使电缆发生相互缠绕而无法实现称重信号有线传输的难题。 ②CXZ-2型传感器信号转换器，是一种把传感器信号通过滑环传输到下一工作环节的信号转换装置。CXZ-2型传感器信号转换器主要功能特点： a.可实现两组传感器进行自动信号转换。 b.内部信号通过银片接触式传递。 c.可实现双向传输。 d.不受外界信号干扰。 ③CXZ-2型信号集流环由主轴、外罩、底座等三大部件组成。安装时转换器主轴必须与摇臂主轴同心。安装接线方式如图2。转换器上有四组航空插座。从外表看两组在主轴，两组在外罩上，而实际主轴上两组分别与外罩上两组是相通的。当转换器外罩旋转时主轴上始终有两组稳定的信号输出。接线方法为： a.外罩上两组航空插头分别与两摇臂上钢包秤接线盒输出线相连。 b.主轴上两组航空插座分别与操作室称重仪表输入线相连接。  2.采用无线传输方式 无线传输型称重测力仪器，是由一组数字式称重测力及发射装置和另一组接收显示装置组合而成的。它是通过称重测力元件感测所称重量，经放大器将此信号放大，再由滤波器滤除杂讯后，由模数转换器转换成数字信号并通过发射装置发射出去。另一组的接收装置接收上述无线信号，解码还原成数字信号送至微型计算机进行处理后直接显示其数值，也可通过串行接口送至中央控制计算机进行处理，适合各种大包秤、中包秤、行车秤等称重计量、钢包炉前称重信号不方便走线的称重控制系统中。无线发射机，是由A/D转换盒、发射盒构成，其中A/D转换盒中包含高精度A/D转换器及微处理器。它将现场的称重信号进行处理并发射给无线接收机。其具有超强的抗电源干扰能力；具有软件自动恢复功能，使仪表能在恶劣的环境中正常工作；采用多种数字滤波方法，动态响应速度快。 四、称重信号电气连接方面 在传感器的信号电缆电气连接方面，传感器的信号电缆线应远离强电力电源及其它强干扰源；信号电缆线应采用防水导管保护；不要自行加长电缆线；电磁场对传感器输出紊乱的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力。传感器的信号电缆，不与强电电源线或控制线并行布置（例如不要把传感器信号线和强电电源线及控制线置于同一管道内）。若它们必须并行放置，那么，它们之间的距离应保持在50cm以上，并把信号线用金属管套起来。不管在何种情况下，电源线和控制线均应绞合起来，绞合程度50转／米，若传感器信号线需要延长，则应采用特制的密封电缆接线盒。若不用此种接线盒，而采用电缆与电缆直接对接（锡焊端头），则应对其进行密封防潮处理。所有通向显示电路或从电路引出的导线，均应采用屏蔽电缆。屏蔽线的联接及接地点特别予以注意，接好后应检验绝缘电阻，且需达到标准（2000MΩ～5000MΩ），必要时，应重新标定传感器。若信号电缆线很长，又要保证很高的测量精度，应考虑采用带有中继放大器的电缆补偿更为合理。传感器输出信号读出电路不应和能产生强烈干扰的设备（如可控硅、接触器等）及有可观热量产生的设备放在同一箱体中，若不能保证这一点，则应考虑在它们之间设置障板隔离之，并在箱体内安置风扇。用以测量传感器输出信号的电子线路，应尽可能配置独立的供电变压器，而不要和接触器等设备共用同一主电源。 五、结束语 通过完成多台耐高温电子秤的设计改造，解决高温环境称重取得了较好的应用效果。适应环境恶劣及高温车间使用，有利于称重的精度及系统的可靠性，保证称重的稳定性。数字化传感器的信号经匹配器用有线或无线方式传至称重仪表，进行显示、打印、储存等操作。还可配备大屏幕、无线局域网数据管理、打印机等，提高了高温称重的现代化管理水平，从而取得较好的社会效益和经济效益 |