Краткий обзор цифровых весоизмерительных систем: принципы и схемы их построения и реализации

22.01.2016 | 11:36:01

Производители современной весоизмерительной техники в последнее время рекомендуют клиентам приобретать цифровые датчики веса. Объясняется это тем, что такие системы обладают лучшими эксплуатационными качествами и повышенной точностью. В данной публикации мы рассмотрим главные понятия построения схем процесса измерения веса с использованием аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и тензодатчиков.

Если сравнивать цифровые датчики с их аналоговыми предшественниками, то можно сделать вывод о том, что они способны обеспечить процесс измерения веса со следующим преобразованием сигнала в последовательный двоичный многоразрядный код.


Рис. 1. Модели трансформации сигнала аналогового в цифровой.

Цифровой сигнал передается посредством интерфейса RS-485. Линия связи в таком последовательном интерфейсе реализовывается на физическом уровне по типу витой пары. В большей степени распространены протоколы передачи данных ProfiBUS, MODBUS, BitBUS.

Конструкция цифрового тензометрического датчика представлена в виде аналогового датчика нагрузки. В его корпус встроен преобразователь для оцифрования аналогового сигнала. Некоторые модели цифровых тензометрических датчиков предусматривают в своей конструкции АЦП, который размещается в отдельном корпусе. АЦП соединен с датчиком веса посредством кабеля.

Точность в измерении веса не зависимо от вида выходного сигнала тензометрического датчика. И у аналоговых, и у цифровых тензодатчиков точность измерения определяется соответствующим классом точности.

 


Рис. 2.  Цифровые и аналоговые тензометрические датчики.

Система измерения веса у цифровых датчиков

Самый известный вариант реализации цифровых весоизмерительных систем - схема с использованием цифровых тензометрических датчиков. Она представлена на рисунке 3.


Рис. 3. Схематическое изображение измерения веса с использованием цифровых тензодатчиков.

Цифровые тензодатчики, которые представлены в данной весоизмерительной блок-схеме, присоединяются к контроллеру, ПК либо же цифровому индикатору веса, который применяется для воспроизведения результатов измерения, их анализа и последующей переработки сигнала, то есть образования управляющего воздействия в дозаторных системах, включения средств сигнализации и прочее.

Общая линия связи весового контроллера предполагает подключение такого числа цифровых тензодатчиков, которое не выше его адресного пространства. Также прямое влияние на скорость передачи данных имеет длина кабеля от контроллера до цифрового тензометрического датчика. Рекомендуемое производителями цифровых датчиков  расстояние от принимающего устройства до первичного преобразователя не должно превышать 1000 метров.

 

Рассмотрим "плюсы" от использования цифровых тензометрических датчиков:

•        упрощенная система калибровки весосистемы;

•        быстрая диагностика повреждений и минимизация временных затрат для обнаружения вышедшего из строя тензометрического датчика;

•        конфигурирование сложных весоизмерительных систем и на их основе возможность осуществления многоуровневых алгоритмов управления.

          Однако, не смотря на огромные преимущества в калибровке и настройке весосистемы, реализованной на базе измерительных цифровых устройств, все-таки главным приоритетом широкого использования датчиков с выходным цифровым сигналом, является их цена. Когда весосистеме необходимо применение преимуществ цифровых сигналов, то есть возможность разрабатывать и внедрять более практичную блок-схему. Она приведена ниже.

 

Система весоизмерения с использованием аналоговых тензометрических датчиков и многоканального аналого-цифрового преобразователя.

Система весоизмерения, которая реализована с помощью многоканального АЦП и аналоговых тензометрических датчиков нагрузки изображена на рисунке 4.


Рис. 4. Схематическое изображение процесса измерения веса с использованием аналоговых тензодатчиков и многоканального АЦП.

Вмонтированные в конструкцию измерения веса тензометрические датчики подсоединяются к многоканальному АЦП (аналого-цифровому преобразователю), который осуществляет оцифровку сигналов и дальнейшую передачу данных на ПК, контроллер либо цифровой индикатор.

Конструкция многоканального АЦП предполагает для каждого из каналов измерения размещение аналого-цифровых преобразователей. Число подсоединяемых к АЦП тензодатчиков веса должно быть равно либо меньше числу каналов преобразователя.

Анализ сравнения методов оцифрования аналоговых сигналов с применением мультиплексора либо суммирующей коробки, а также одноканального АЦП, и  реализация конфигурации измерения веса на основе аналоговых тензодатчиков и многоканального преобразователя, показал, что он обеспечивает ряд предпочтений, главным из которых - возможность сравнения состояния каждого тензодатчика всей весоизмерительной системы.

Система весоизмерения с многоканальным аналого-цифровым преобразователем, как и схема весоизмерения из цифровых тензодатчиков при нагрузке грузоприемной платформы дает возможность контроля за распределением веса, производства электронной компенсации углов, диагностирования поломок в работе тензодатчиков и прочее.

Также одним из главных преимуществ (рис. 4) схемы является сокращение расходов на введение в эксплуатацию новой весосистемы либо модернизацию уже существующих весовых приборов.

Помимо того, при поломке нескольких или одного аналогового датчика вследствие неосторожности в эксплуатации либо удара при погрузке, смена дефектного прибора будет менее расходной, чем возобновление работы системы, которая основана на использовании цифровых тензометрических датчиков.