浅谈数字传感器的工作原理与应用技巧

　　数字式称重传感器( 简称数字传感器) , 是在传统的模拟式称重传感器的基础上发展起来的一种新型的称重传感器, 与模拟式传感器相比, 它具有可靠性高, 数字内核具有保护电路, 有故障报警指示, 一致性好, 免标定, 角差容易调整, 传输距离远, 通讯速度快, 防作弊效果显著, 降低了使用成本等特点。因此, 目前在衡器行业倍受青睐。为了更好地应用好数字传感器, 开展对数字传感器的工作原理和应用技巧的研究是非常必要的。

　　1 数字式称重传感器的工作原理

　　传统的模拟式称重传感器输出的是模拟信号,顾名思义, 数字式称重传感器输出的就是数字信号。由于模拟称重传感器电阻应变转换原理决定了其固有的输出模拟信号小、输出距离短、抗干扰能力差、安装调拭不方便等缺点, 早在上世纪 80 年代人们在传感器壳内内置了放大与 A/D 转换电路, 即模拟式传感器 + 数字变送( 放大与 A/D 电路) , 构成了第一代“ 数字式称重传感器”, 克服了模拟称重传感器信号小、传输距离短、抗干扰能力差等缺点。但由于传感器的各项指标受本身的制造、补偿和调整工艺所决定, 所以, 没有突破原有功能。目前, 该类传感器使用比较普遍。

　　第二代数字式称重传感器是在第一代的基础上增加了传感器软件智能化补偿, 叫作数字式智能化称重传感器。通过数字补偿电路和工艺, 可以进行线性、滞后、蠕变等补偿, 内装温度传感器, 通过补偿软件可进行实时温度补偿, 地址可调, 便于应用与互换, 远程诊断与校正。总体上讲, 这一阶段的数字式智能化传感器主要体现在传感器本的智能化补偿与校正上。然而, 严格意义上讲, 数字式智能化传感器的智能化不仅仅反映在传感器本身的智能化补偿与校正上, 更重要的是要实现应用的智能化。

　　第三代数字式智能称重传感器由模拟式传感器、数字变送( 放大与 A/D 转换) 、传感器软件补偿和智能化自控软件组成, 它具有敏感功能, 能够完成称重信号检测和处理、逻辑判断、闭环控制、双向通信、循环自检和自诊断、自动校正和补偿、自动计算等全部或大部分功能, 克服了第二代数字式称重传感器的缺点。它既可以是整体型集成化结构, 也可以是分离型模块化结构。最新的第三代数字智能化称重传感器已应用于各种智能化闭环控制多用途、多分量测量与高速动态数字信号处理以及网络通讯场合。

　　数字式传感器内部工作原理如图 1 所示:

　　数字传感器内核的工作流过程主要包括以下四个步骤:

　　( 1) 传感器的毫伏信号从应变计输出以后, 直接到放大器的前端。模拟段的信号专用导线长度只有很短的 8 毫米, 最大限度地保证导线不会引入误差和电磁信号干扰。