一种基于以太网的计量设备的制作方法

本实用新型涉及电子计量技术领域，尤其涉及一种基于以太网的计量设备。

背景技术：

现有称重传感器通常采用RS232串口输出信号，传输速度慢，不便于组合，传感器放大倍数不可调，A/D转换速度和网络速度较慢，工作状态不稳定，每次出现问题很难判断是哪一只传感器有问题，只能通过打开接线盒检查每一根传感器的信号情况，用排除法逐个进行检查，花费很长时间才能找到有问题的传感器。问题解决后还要联系质监局的检定人员进行检定，检定费用从正常的一年两次也变为多次，人力、物力、财力都造成了很大的浪费，也影响正常的工作生产。

授权公告号为CN206208356U的中国实用新型专利申请公开了一种以太网络称重传感器，其通过采用网络传输数字信号的方式，实现多路传感器并用与远程访问，方便查找故障传感器，保证系统的可靠性与精度。然而，在实际工作中，由于传感器的工作环境温度变化较大，由于温度变化引起的热输出较大，将导致测量误差增大的问题，并且温度变化也影响零点和灵敏度值的大小，继而影响到传感器的静特性，现有方案中单独使用调零电路并不能有效恢复零点值。另一方面，现有的计量设备在结构上没有专用接口，存在传感器和控制模块安装困难，并工作环境气候变化较大时，导致计量设备的测量误差增大而稳定性降低等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于以太网的计量设备，能够减少或消除环境温度变化带来的影响，提高测量精确度和设备稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案包括以下各方面。

一种基于以太网的计量设备，其包括：称重传感器、设置在称重传感器端部或单独设置的信号处理模块、以及用于供电的电源模块；

其中，信号处理模块包括依次连接的前置放大电路、温度补偿电路、滤波电路、可变放大电路、调零电路、A/D转换电路、主控CPU以及存储器和以太网接口电路；称重传感器采用弹性材料制成电阻应变片来将被测物体的质量转变为形变，以将因此产生的电阻变化转变为电压输入至信号处理模块；

信号处理模块中的前置放大电路对来自称重传感器的电进行信号放大，温度补偿电路通过平衡正负温度系数元件以减小测量误差，滤波电路根据设置的滤波系数滤除干扰信号，可变放大电路在主控CPU的控制下将电信号放大至调零电路的输入范围内。

优选的，所述主控CPU根据当前的环境温度值来控制调零电路中调零电位器阻值，从而获取准确的零点，并通过模拟/数字转换A/D电路，将经过前述处理的电信号转换为数字信号，在主控CPU的控制下存储到内置存储器中和/或将数字信号中的信息封装为符合IEEE 802.3协议的以太网数据包并通过以太网接口电路发送给网络中的其他设备。

优选的，所述主控CPU通过以太网接口电路从网络中的其他设备接收控制指令，包括设置信号采用频率、A/D转换速率、可变放大电路的放大倍数、调零电路中调零电位器阻值。

优选的，经过前置放大电路放大的输入电压从温度补偿电路的输入端输入，经过第二十一电阻后输入运算放大器的同相输入端，第二十一电阻与运算放大器的同相输入端之间经由第二十二电阻接地；运算放大器的反相输入端经由铂热电阻接地，铂热电阻的阻值随温度变化而变化，使得反向输入电压也随温度变化而变化；运算放大器的输出端经由电位器和第二十三电阻连接至运算放大器的反相输入端，以与铂热电阻构成电压负反馈回路；运算放大器的输出端与温度补偿电路的输出端连接以向滤波电路输出经过温度补偿的电压信号。

优选的，所述调零电路包括调零单元、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述调零单元同相端通过第二电阻连接主控CPU，反相端第一支路通过第三电阻连接输入端，第二支路通过第四电阻连接输出端；当零点输出值较大或者较小时，主控CPU通过远程获取指令，并控制调零电路实现调整零点。

优选的，所述调零电路包括调零单元、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述调零单元同相端通过第二电阻连接主控CPU，反相端第一支路通过第三电阻连接输入端，第二支路通过第四电阻连接输出端；当零点输出值较大或者较小时，主控CPU通过远程获取指令，并控制调零电路实现调整零点。

优选的，所述称重传感器为板式称重传感器，其一端上设置有容纳信号处理模块的腔体，在称重传感器的端面上设置有通孔和以太网连接接口；信号处理模块设置在称重传感器的腔体中并通过通孔和以太网连接接口连接至以太网，以将测量的数据发送给网络侧设备，并从网络侧设备接收控制指令。

优选的，所述板式称重传感器中腔体长73mm，宽60mm，深20mm。

优选的，所述称重传感器为剪力称重传感器；信号处理模块独立设置，其具有腔体并通过4个螺孔和对应的盖板密封；信号处理模块的端面上设置有椭圆型通孔和相应的连接接口，以与剪力称重传感器以及以太网连接。

优选的，所述信号处理模块201长98mm，宽64mm，厚26.5mm；所述椭圆型通孔孔径宽13.5mm，高8mm，倒角半径8mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：

通过温度补偿电路和调零电路来消除温度变化带来的影响，能够获取准确的零点值并提高设备的灵敏度和测量精确度，并将传感器和信号处理模块设置为一体机构并设置专用连接接口，能够避免环境气候变化对元器件的影响，进一步提高设备的测量精确度和稳定性。

附图说明

图1是根据本实用新型示例性实施例的基于以太网的计量设备。

图2是根据本实用新型示例性实施例的温度补偿电路的结构示意图。

图3是根据本实用新型示例性实施例的滤波电路的结构示意图。

图4是根据本实用新型示例性实施例的可变放大电路的结构示意图。

图5是根据本实用新型示例性实施例的调零电路的结构示意图。

图6是根据本实用新型示例性实施例的用于板式称重传感器的计量设备正视图。

图7是根据本实用新型示例性实施例的用于板式称重传感器的计量设备的俯视图。

图8是根据本实用新型示例性实施例的用于板式称重传感器的计量设备的侧视图。

图9是根据本实用新型示例性实施例的用于剪力称重传感器的计量设备正视图。

图10是根据本实用新型示例性实施例的用于剪力称重传感器的计量设备的侧视图。

图11是图9所示计量设备沿AA线的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，以使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的基于以太网的计量设备。该实施例的计量设备主要包括称重传感器、设置在称重传感器端部或单独设置的信号处理模块、以及用于供电的电源模块。

其中，信号处理模块包括依次连接的前置放大电路、温度补偿电路、滤波电路、可变放大电路、调零电路、A/D转换电路、主控CPU以及存储器和以太网接口电路；称重传感器包括板式称重传感器和/或剪力称重传感器，称重传感器通常采用弹性材料制成电阻应变片来将被测物体的质量转变为形变，并将因此产生的电阻变化转变为电压输入至信号处理模块。

信号处理模块中的前置放大电路对来自称重传感器的电进行信号放大，温度补偿电路通过平衡正负温度系数元件以减小测量误差，滤波电路根据设置的滤波系数滤除干扰信号，可变放大电路在主控CPU的控制下将电信号放大至调零电路的输入范围内。

正常情况下，压力为零时，称重传感器输出电压应为零，当温度发生变化时，由于称重传感器四个桥臂上的电阻变化值有可能不同，使称重/压力传感器的零点发生漂移，通过主控CPU根据当前的环境温度值来控制调零电路中调零电位器阻值，从而获取准确的零点。之后通过模拟/数字转换A/D电路，将经过前述处理的电信号转换为数字信号，在主控CPU的控制下存储到内置存储器中和/或将数字信号中的信息封装为符合IEEE 802.3协议的以太网数据包并通过以太网接口电路发送给网络中的其他设备(例如远程控制服务器、手持控制终端等)。其中，以太网包括标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)和10G(10Gbit/s)以太网等。并且，主控CPU还可以通过以太网接口电路从网络中的其他设备接收控制指令，例如设置信号采用频率、A/D转换速率、可变放大电路的放大倍数、调零电路中调零电位器阻值等。

在各种实施例中，上述前置放大电路可以采用运算放大器来实现，例如称重传感器的信号分别连接运算放大器的同相和反相输入端，运算放大器的控制端连接至主控CPU以接收控制信号，并将输入的信号电压放大至温度补偿电路的输入范围内。

图2示出了根据本实用新型示例性实施例的温度补偿电路的结构示意图。经过前置放大电路放大的输入电压从温度补偿电路的输入端Vin输入，经过电阻R21(例如40KΩ)后输入运算放大器A20的同相输入端，电阻R21与运算放大器A20的同相输入端之间经由电阻R22(例如10KΩ)接地；运算放大器A20的反相输入端经由铂热电阻Rt(例如Pt100铂热电阻)接地，铂热电阻Rt的阻值随温度变化而变化，使得反向输入电压也随温度变化而变化；运算放大器A20的输出端经由电位器Rw(例如2KΩ可调范围)和电阻R23(例如1KΩ)连接至运算放大器A20的反相输入端，以与铂热电阻Rt构成电压负反馈回路；运算放大器A20的输出端与温度补偿电路的输出端Vout连接以向滤波电路输出经过温度补偿的电压信号。其中，电位器Rw用于调节运算放大器的电压放大倍数，随着电位器Rw的阻值的增大或减小，输入运算放大器的电压随之增大或减小，因而保持流过电位器Rw的电流恒定不变。

图3示出了根据本实用新型示例性实施例的滤波电路的结构示意图，其中，电信从输入端Vin输入，经由串联的第五电阻R5和第六电阻R6，与滤波单元(图中放大器符号所示)同相端连接；滤波单元反相端第一支路通过第七电阻R7接地，第二支路通过第八电阻R8连接输出端Vout；第一电容C1一端连接于第五电阻R5与第六电阻R6之间，另一端连接输出端Vout；第二电容C2一端连接于第六电阻R6与所述滤波单元同相输入端之间，另一端接地。

图4示出了根据本实用新型示例性实施例的可变放大电路的结构示意图，其中，信号放大单元的同相输入端接入输入信号，信号放大单元的反相输入端通过第一支路经过数字电位器接地，第二支路通过第十电阻R10连接输出端。其中，信号放大幅度可以设置为100-1000倍。

图5示出了根据本实用新型示例性实施例的调零电路的结构示意图，其包括调零单元(图中放大器符号所示)、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述调零单元同相端通过第二电阻R2连接主控CPU，反相端第一支路通过第三电阻R3连接输入端，第二支路通过第四电阻R4连接输出端。当零点输出值较大或者较小时，主控CPU通过远程获取指令，并控制调零电路实现调整零点。

在各种实施例中，以太网接口电路包括具有IP地址的以太网络控制器。并可以根据网络带宽情况所述以太网络传感器具有采样率可调功能，以适应各种不同的网络环境。

具体应用时，根据称重传感器采用板式称重传感器或剪力称重传感器的结构特点，来设置专用的信号处理模块容纳腔体和对应的专用连接接口。例如，图6至图8示出了根据本实用新型示例性实施例的用于板式称重传感器的计量设备结构示意图。板式称重传感器101的一端上设置有容纳信号处理模块的腔体102(例如，长73mm，宽60mm，深20mm)，在板式称重传感器101的端面上设置有通孔103和以太网连接接口104。信号处理模块设置在板式称重传感器的腔体中并通过通孔和以太网连接接口连接至以太网，以将测量的数据发送给网络侧设备，并可以从网络侧设备接收控制指令。

图9至图11示出了根据本实用新型示例性实施例的用于剪力称重传感器的计量设备结构示意图。信号处理模块201(例如，长98mm，宽64mm，厚26.5mm)独立于剪力称重传感器另外设置，其具有腔体202并通过4个M4螺孔和对应的盖板密封；信号处理模块201的端面上设置有椭圆型通孔203(例如，孔径宽为13.5mm，高为8mm，倒角半径为8mm)和相应的连接接口(图中未示出)。信号处理模块201通过通孔和相应的连接接口与剪力称重传感器以及以太网连接，以从剪力称重传感器接收信号并将测量的数据发送给网络侧设备，并可以从网络侧设备接收控制指令。

而且，在各种应用场景下，可以通过采用至少一个前述各实施例的基于以太网的计量设备并与交换机连接，所述交换机与上位机连接，从而构造一种基于以太网络的称重系统，可以广泛应用于铁路、公路、民航等的精确计量，并保持较高的系统稳定性。

以上所述，仅为本实用新型具体实施方式的详细说明，而非对本实用新型的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本实用新型的保护范围之内。