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摘要：近年来，随着工业领域的不断发展，工业生产规模随之扩大，仪器仪表在工业生产中的重要性逐步凸显，仪器仪表的可靠性一直是影响甚至决定工业产品最终质量的关键因素。而称重传感器作为工业生产中重要的部件之一，对其故障检测十分必要。
关键字：称重传感器、仪表、故障检测方法
一、称重变送器
1.称重变送器的作用
称重变送器也叫称重仪表，负责给称重传感器提供激励电源，接收传感器的输出信号，将收到的电压信号转换为重量值显示在仪表上。变送器还能将重量值转换为工控系统常用的模拟量信号。有些变送器还支持Modbus、Profinet、Profibus等通信协议，方便工控系统读取重量值。
2.称重变送器的标定
称重变送器接收到传感器的电压信号，通过其内部的AD转换器，将此信号转换为数字信号。标定过程确定了数字量和重量值的线性关系，标定需要进行零点标定和已知重量标定。由于称体自重和安装应力等因素，称重传感器安装完成或更换后，空称时并不显示0，此时需要执行零点标定，变送器将此时的重量记录为0，并将对应的数字量存储在数字量0中，如图1所示。
二、称重系统常见故障
1.重量显示不稳定
（1）检查称台固定和线缆接地
出现这种现象，首先检查称台是否稳定，传感器与称台的固定螺丝是否松动。称台晃动或震动较大会影响重量显示的稳定性。其次，需要检查传感器电缆屏蔽层和变送器到控制器之间的模拟量信号线是否可靠接地。传感器的电缆和变送器到控制器之间的模拟量信号线不能与电机或其他强電设备电缆放在同一线槽中，否则电磁干扰会影响称重的准确性和稳定性。
（2）检查称重变送器
如果变送器供电和激励电压没问题，就需要测试变送器对传感器输出信号的处理是否有问题。根据所用传感器的灵敏度和激励电压大小，用信号发生器给变送器信号正“SIG+”和信号负“SIG-”之间输入传感器量程范围内的毫伏电压信号。例如：如果传感器灵敏度为2mV/V，激励电压为5V，那么满量程信号电压值为2mV/V×5V=10mV。给变送器输入0～10mV的电压信号，观察变送器示数至少20min。如果示数不稳定或经常跳变，说明变送器损坏。
（3）检查模拟量输入模块
如果称重变送器显示正常，但控制系统重量值显示不稳定，那么检查变送器到控制器之间的模拟量信号线没问题后，就需要检查控制系统模拟量模块。用信号发生器给模拟量模块输入符合组态设置的信号，观察模拟量模块转换的数字量。数值正确、稳定，说明模拟量输入模块正常，否则表示模块有故障。
2.称重仪表的保养要点
（1）检查称重仪表的接线，判断接线是否牢靠，接线是否存在松动、折断现象。（2）称重仪表应当放置于稳定的环境中，远离振动源、热源位置。（3）严格控制称重仪表的使用环境，使用环境中严禁存在粉尘及易燃易爆炸的气体。
目前，常见的仪器仪表故障检查方法包括以下几点：
第一点是自诊断方法，许多仪器仪表是以单片机作为基础，而自身会存在自动检测的功能，因此，系统在处于维护过程中需要了解仪器仪表自身的自动检测特性来判断其出现的故障。
第二点是观察法，仪器仪表出现故障后，工作人员要了解故障前后的情况并加以对比，判断其外观是不是人为损坏，但外观正常时排除人为损坏这一情况，需要及时断电，还要对仪器仪表所涉及的一些机械零件部分进行仿真模拟分析，了解其中出现的问题并找出科学解决方法，保证机械产品质量和水平。将各个部件作为重点检查对象，并进行针对性的处理。
第三点是替代法，目前许多智能仪表的结构均是以单元模块为主。而出现问题的主要原因也是单元模块损坏、失效或是接插不良而替换相同的部件往往能够有效排除这一原因。
三、称重传感器的主要诊断方法介绍
故障检测，即依靠各种检测方法或检测工具，对检测对象的工作状态进行判别，以便后续的故障诊断与故障定位。随着传感器的广泛使用，称重传感器的故障检测也成为了各行各业重点关注的问题，从不同角度出发，称重传感器的故障诊断分类方法也不尽相同，现有的故障诊断方法可简单分为基于解析数学模型的方法和基于于知识的方法。
1.基于解析数学模型的方法
典型的基于解析数学模型的方法包括状态估计法、参数估计法、等价空间法等。
（1）状态估计法。状态估计法需要在能够获得大量精确数据与系统可进行物理或数学建模的前提下进行，故障检测的准确度取决于数据集的规模和精确性，在难以获取精确数据的情况下容易出现误报，降低准确度。
（2）参数估计法。参数估计法对物理参数的个数有明确要求，至少需小于或等于该模型的参数个数，导致了建模过程的复杂化，且参数模型有一定的滞后性，无法及时对系统的正常变化进行跟踪，降低了故障检测的效率。
（3）等价空间法。等价空间法不需要事先获取系统的先验知识，具有较好的鲁棒性，但不同的等价阶数会导致不同的检测结果，且对于非线性系统，由于系统输入输出没有规律可循，利用等价空间法会造成一定的误差，检测效果差。
2.基于知识的方法
近年来，人们加大了对不依赖于数学模型方法的研究，提出了基于知识的方法，主要有专家系统法、定性仿真法等。
（1）专家系统法。专家系统法是由解决某专门问题的专家知识数据库和相关技术建立起来的故障诊断系统，适用于成熟、有充分经验的故障诊断系统。
（2）定性仿真法。在缺乏系统知识的情况下，该方法在一定程度上提出了故障与征兆的对应关系，通过定性分析对系统的状态进行判断。
随着研究的不断深入，在故障诊断领域，多种方法结合屡见不鲜，随之又衍生出了新的故障诊断方法，如小波神经网络、大数据、机器学习等，故障诊断的准确度和效率都在不断提升。
结束语
综上所述，了解称重系统结构、传感器的重要参数和故障诊断方法可以更好地使用称重系统，及时处理常见故障，保证产品的质量一致性。
参考文献
[1]牛刚，曹雪杰，秦肖肖.高速列车双通道速度传感器故障检测与隔离研究[J].仪器仪表学报.2019（01）.
[2]张明，王富安，余彬彬，白延洪.自动衡器的智能化发展趋势[J].衡器.2019（06）.
关键字：称重传感器、仪表、故障检测方法
一、称重变送器
1.称重变送器的作用
称重变送器也叫称重仪表，负责给称重传感器提供激励电源，接收传感器的输出信号，将收到的电压信号转换为重量值显示在仪表上。变送器还能将重量值转换为工控系统常用的模拟量信号。有些变送器还支持Modbus、Profinet、Profibus等通信协议，方便工控系统读取重量值。
2.称重变送器的标定
称重变送器接收到传感器的电压信号，通过其内部的AD转换器，将此信号转换为数字信号。标定过程确定了数字量和重量值的线性关系，标定需要进行零点标定和已知重量标定。由于称体自重和安装应力等因素，称重传感器安装完成或更换后，空称时并不显示0，此时需要执行零点标定，变送器将此时的重量记录为0，并将对应的数字量存储在数字量0中，如图1所示。
二、称重系统常见故障
1.重量显示不稳定
（1）检查称台固定和线缆接地
出现这种现象，首先检查称台是否稳定，传感器与称台的固定螺丝是否松动。称台晃动或震动较大会影响重量显示的稳定性。其次，需要检查传感器电缆屏蔽层和变送器到控制器之间的模拟量信号线是否可靠接地。传感器的电缆和变送器到控制器之间的模拟量信号线不能与电机或其他强電设备电缆放在同一线槽中，否则电磁干扰会影响称重的准确性和稳定性。
（2）检查称重变送器
如果变送器供电和激励电压没问题，就需要测试变送器对传感器输出信号的处理是否有问题。根据所用传感器的灵敏度和激励电压大小，用信号发生器给变送器信号正“SIG+”和信号负“SIG-”之间输入传感器量程范围内的毫伏电压信号。例如：如果传感器灵敏度为2mV/V，激励电压为5V，那么满量程信号电压值为2mV/V×5V=10mV。给变送器输入0～10mV的电压信号，观察变送器示数至少20min。如果示数不稳定或经常跳变，说明变送器损坏。
（3）检查模拟量输入模块
如果称重变送器显示正常，但控制系统重量值显示不稳定，那么检查变送器到控制器之间的模拟量信号线没问题后，就需要检查控制系统模拟量模块。用信号发生器给模拟量模块输入符合组态设置的信号，观察模拟量模块转换的数字量。数值正确、稳定，说明模拟量输入模块正常，否则表示模块有故障。
2.称重仪表的保养要点
（1）检查称重仪表的接线，判断接线是否牢靠，接线是否存在松动、折断现象。（2）称重仪表应当放置于稳定的环境中，远离振动源、热源位置。（3）严格控制称重仪表的使用环境，使用环境中严禁存在粉尘及易燃易爆炸的气体。
目前，常见的仪器仪表故障检查方法包括以下几点：
第一点是自诊断方法，许多仪器仪表是以单片机作为基础，而自身会存在自动检测的功能，因此，系统在处于维护过程中需要了解仪器仪表自身的自动检测特性来判断其出现的故障。
第二点是观察法，仪器仪表出现故障后，工作人员要了解故障前后的情况并加以对比，判断其外观是不是人为损坏，但外观正常时排除人为损坏这一情况，需要及时断电，还要对仪器仪表所涉及的一些机械零件部分进行仿真模拟分析，了解其中出现的问题并找出科学解决方法，保证机械产品质量和水平。将各个部件作为重点检查对象，并进行针对性的处理。
第三点是替代法，目前许多智能仪表的结构均是以单元模块为主。而出现问题的主要原因也是单元模块损坏、失效或是接插不良而替换相同的部件往往能够有效排除这一原因。
三、称重传感器的主要诊断方法介绍
故障检测，即依靠各种检测方法或检测工具，对检测对象的工作状态进行判别，以便后续的故障诊断与故障定位。随着传感器的广泛使用，称重传感器的故障检测也成为了各行各业重点关注的问题，从不同角度出发，称重传感器的故障诊断分类方法也不尽相同，现有的故障诊断方法可简单分为基于解析数学模型的方法和基于于知识的方法。
1.基于解析数学模型的方法
典型的基于解析数学模型的方法包括状态估计法、参数估计法、等价空间法等。
（1）状态估计法。状态估计法需要在能够获得大量精确数据与系统可进行物理或数学建模的前提下进行，故障检测的准确度取决于数据集的规模和精确性，在难以获取精确数据的情况下容易出现误报，降低准确度。
（2）参数估计法。参数估计法对物理参数的个数有明确要求，至少需小于或等于该模型的参数个数，导致了建模过程的复杂化，且参数模型有一定的滞后性，无法及时对系统的正常变化进行跟踪，降低了故障检测的效率。
（3）等价空间法。等价空间法不需要事先获取系统的先验知识，具有较好的鲁棒性，但不同的等价阶数会导致不同的检测结果，且对于非线性系统，由于系统输入输出没有规律可循，利用等价空间法会造成一定的误差，检测效果差。
2.基于知识的方法
近年来，人们加大了对不依赖于数学模型方法的研究，提出了基于知识的方法，主要有专家系统法、定性仿真法等。
（1）专家系统法。专家系统法是由解决某专门问题的专家知识数据库和相关技术建立起来的故障诊断系统，适用于成熟、有充分经验的故障诊断系统。
（2）定性仿真法。在缺乏系统知识的情况下，该方法在一定程度上提出了故障与征兆的对应关系，通过定性分析对系统的状态进行判断。
随着研究的不断深入，在故障诊断领域，多种方法结合屡见不鲜，随之又衍生出了新的故障诊断方法，如小波神经网络、大数据、机器学习等，故障诊断的准确度和效率都在不断提升。
结束语
综上所述，了解称重系统结构、传感器的重要参数和故障诊断方法可以更好地使用称重系统，及时处理常见故障，保证产品的质量一致性。
参考文献
[1]牛刚，曹雪杰，秦肖肖.高速列车双通道速度传感器故障检测与隔离研究[J].仪器仪表学报.2019（01）.
[2]张明，王富安，余彬彬，白延洪.自动衡器的智能化发展趋势[J].衡器.2019（06）.