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PDXTM新型數字傳感器
【摘 要】 為了解決煤礦電子軌道衡、汽車衡長期在惡劣環境下運行造成的計量不準、故障頻發、
維護困難、易被作弊和遭雷擊等問題，滿足物聯網時代的新要求，我們選擇了梅特勒-托利多提供
的革命性的PDX車輛衡升級套裝服務方案，對電子軌道衡、電子汽車衡進行升級改造，收到了較
好的效果。
自從上世紀八十年代，徐州礦務集團公司使用第一臺由梅特勒-托利多生產的100t模擬式全電子汽車衡以來，電子汽車衡和電子軌道衡在全集團公司的普及率已達到98%以上。電子軌道衡和電
子汽車衡比機械式衡器的稱量速度快、計量準確性高，具有自動稱量、自動顯示、自動打印、大屏
幕顯示等功能，并通過與計算機聯網還能實現稱重數據遠傳,給煤炭稱重計量帶來了極大的便利，給
煤礦生產經營帶來了巨大的經濟效益和社會效益。
但是，長期以來，我們使用的電子軌道衡和電子汽車衡是由模擬式稱重傳感器或是帶接線盒的
數字式稱重傳感器組成的。由于它們都存在著秤體結構不合理、防雷擊、防作弊性能差、可靠性低
等缺點，給煤炭稱重計量帶來了一定的不便，已不能適應現代煤炭稱重計量的要求。因此，為了進
一步提高電子軌道衡、電子汽車衡的防雷擊、防作弊能力和運行的可靠性，確保其計量準確可靠，
滿足物聯網時代的新要求，我們轉變觀念、積極創新。2011年，我們選擇了梅特勒-托利多提供的
革命性的PDX車輛衡升級套裝服務方案，先后對電子軌道衡、電子汽車衡，共計3臺用于貿易結
算的大型電子衡器進行升級改造，收到了較好的效果。
一、PDXTM數字傳感器的組成原理
數字式稱重傳感器（簡稱數字傳感器），是在傳統的模擬式稱重傳感器的基礎上發展起來的一
種新型的稱重傳感器，與模擬式傳感器相比，它具有可靠性高、數字內核具有保護電路，有故障報
警指示，一致性好、免標定，角差容易調整，傳輸距離遠、通訊速度快、防作弊效果顯著，降低了
使用成本等優點。數字傳感器工作原理如圖1所示。
傳感器的毫伏信號從應變計輸出以后，直接到放大器的前端由超低噪音精密儀表放大器放大后
圖1 數字傳感器工作原理圖
送至A/D轉換器。數字傳感器的核心處理器CPU對A/D轉換器輸出的數據進行計算和處理。主要
是對各種環境參數變化引起的弱小誤差進行計算和修正，其中包括：零點修正、線性修正、靈敏度
溫度修正、重力加速度修正、滯后補償、蠕變補償、零點跟蹤等。CPU把處理好的數據通過RS485
接口輸出。RS485信號能實現工業級通訊，最遠通訊距離可達1.2km，可在惡劣的電磁干擾背景環
境下可靠工作。
與模擬式傳感器和
早期的數字傳感器相比，
PDXTM新型數字傳感器
具有顯著的優勢。在它的
設計中考慮了產品的耐
用性，并引入了嶄新的可
靠性設計理念，將車輛衡
的可靠性提高到了一個
嶄新的水準。稱重傳感器
的內置微處理器可持續
補償不斷變化的外部影
響，例如溫度、非線性、
滯后和蠕變等，從而為用
戶提供了最精確的車輛
衡產品，全面的內置預診
斷功能是其突出的特點。
PDXTM新型數字傳感器
的組成結構如圖2所示。
圖2 PDX新型數字傳感器的組成結構
二、PDXTM數字傳感器的性能
數字傳感器的性能經受了長達20多年的時間考驗，同時其準確性和穩定性也得到了進一步的
論證。新一代的PDX數字式傳感器更將其可靠性提升到一個全新水準。創新研發了最新的預診斷
功能，可以實時提供衡器性能狀態的相關信息。這種先進的稱重技術不僅保證稱重數據的精確和可
靠，而且能夠幫助你快速實現投資回報，其主要技術性能指標和功能特點如表1所示。
表1 主要技術性能指標和功能特點
三、煤礦電子軌道衡、汽車衡組成結構的創新設計
在結構設計方面，我們打破常規的設計理念，開展設計創新。模擬式稱感器和早期的數字式傳
感器組成的電子衡器常常帶有接線盒，以實現稱重傳感器與稱重顯示控制器之間的信號使其連接，
完成稱重數據的傳送，其組成結構如圖3所示。在煤礦稱重環境中，由于大型電子衡器的秤臺安裝
在室外露天的工業廣場，使用環境條件非常惡劣，接線盒常常因為灰塵、雨水、雷擊和機械力等的
影響而損壞，影響精度的敏感元件位于接線盒內，由于很難進行防潮密封而導致失效，嚴重影響了
電子衡器的正常使用。為了解決這一難題，我們取消了接線盒，而是通過PDX數字傳感器相互間
的連接，形成簡單的網絡系統，消除了維護工作量大的接線盒存在的隱患，優化了設計如圖4所示。
PDX數字式傳感器把影響精度的電子元件位于焊接密封的傳感器殼體內，而不在接線盒內，有效地
保證了防塵、和提高了抗干擾性能。
圖3 傳統稱重傳感器接線圖（需要接線盒）
圖4 PDX數字式稱重傳感器網絡（無接線盒）
四、煤礦電子軌道衡、汽車衡的升級套件
電子衡器的升級是指在原有的電子衡器的基礎上，通過更換新型的稱重元器件和儀表，構成性
能較高的新型電子衡器。在煤礦電子軌道衡、汽車衡升級中，每個升級套件都包含了將一臺現有的
地磅改造為PDX數字式衡器的所有套件。主要包括：PDX數字式傳感器，雙屏蔽信號電纜，上、
下連接件，防塵群套，安裝板和定位器，調整墊片。
PDX數字式稱重傳感器采用不銹鋼雙屏蔽工業級電纜，可以確保精確傳輸重量信號。同時具有
很強的抗射頻干擾，抵御潮濕鼠害和機械損傷能力。PDX稱重傳感器電纜和連接器防水性能優異，
所以由其組成的衡器系統的防水性能整體可達IP68（可浸入水中）。
上、下連接件，連接器采用的是符合軍用和醫用標準的航空插頭，具有可靠性好，密封性好等
優點，適合惡劣環境的使用。快速插拔的連接器可以方便快捷地更換某一損壞的傳感器或傳感器電
纜，即使更換傳感器也無需重新標定。對于傳感器和電纜設計成一體的情況，如果稱重傳感器和電
纜其中只要有一個損壞，就必須整體更換，極大地增加了維修成本和時間。雙屏蔽不銹鋼電纜和防
水的連接器設計，如圖5所示。
圖5 雙屏蔽不銹鋼電纜和防水的連接器設計
五、功能強大的T800PDX顯示儀表
T800PDX儀表（如圖6所示）是梅特勒-托利多最
新推出的配套全球數字式傳感器（PDX）而開發的滿足
高端用戶的21世紀網絡型稱重顯示儀，同時T800PDX
儀表針對全新的數字式傳感器應用了一些全新技術。例
如使用了氣密檢測、智能與診斷、網絡通訊識別等功能。
所有這些為最終用戶的系統維護帶來了極大的方便。
T800PDX儀表使整個系統能達到最高的精度及超低的
故障率。除此之外，T800PDX儀表繼承并發揚了原來
圖6 T800PDX顯示儀
所具有的界面圖形化、接口網絡化、存儲化、格式多樣化、維護簡單化等特點，采用了不同于傳統
儀表的設計方法，在設計中間采用了一些最新的技術。
六、煤礦電子軌道衡、汽車衡升級效果評價
利用PDX新型數字傳感器和T800PDX顯示儀對電子軌道衡、電子汽車衡進行升級改造，使其
計量性能和可靠性大大提高，主要表現在以下幾個方面：
1、稱重準確度大大提高，確保企業最大化收益
軌道衡、汽車衡是煤礦重要的稱重貿易計量器具，徐州礦務集團每年幾千萬噸煤炭都要經過衡
器稱重計量后銷售出去，因此，衡器的精度直接關系到集團公司的經濟效益。雖然衡器的精度符合
貿易結算的要求，但是，還會存在一定的稱量誤差。日常稱重頻次越高，可能累積的稱重誤差越大，
直接經濟損失越達。
影響電子衡器稱量精度的內部/外部因素主要有：溫度、電壓變化、非線性、滯后、蠕變、不穩
定性、零點變化和靈敏度變化等。由于模擬式傳感器沒有對這些因素影響進行精度補償，由此會產
生顯著稱量誤差。而每個PDX數字式傳感器內置微處理器可持續補償不斷變化的外部影響。如溫
度、非線性、滯后和蠕變等，在惡劣的工業環境下能夠提供最精確的重量數據。模擬式、數字式傳
感器稱量精度對比如圖7所示。
圖7
2、防雷擊保護系統得到提升
在煤礦企業，由于電子軌道衡和電子汽車衡安裝在室外露天的工業廣場，經常會遭到雷擊。雷
擊會導致衡器突發性故障，雷擊災害造成器件受損，更換新器件的成本較大。即使質保承諾可以賠
償由雷擊損壞的器件，但是用戶還需要面對衡器停機造成的運營損失。
梅特勒-托利多提供了獨有的衡器整體防雷擊保護系統，即StrikeSshieldTM防雷擊保護系統。分
別對數字式傳感器、儀表內部PCB進行了防浪涌保護設計，信號電纜采用雙屏蔽編織網，具有優異
的屏蔽效果和抗干擾性能。采用浪涌保護器和單點接地系統確保電氣系統的正常工作。
每個PDX數字式傳感器內置防浪涌保護器件，一
旦浪涌電壓從電纜導入，傳感器內部的浪涌保護電路
將浪涌電流引流到其接地系統，傳感器內部的所有內
置元件都免受雷擊的損壞。PDX數字式傳感器的防雷
性能經過權威機構的檢測并獲得了證書。符合最惡劣
工況下雷擊產生的高浪涌電壓的保護標準（國際電工
委員會IEC62305-1，避雷），圖8為PDX數字式傳感
器在模擬的雷擊波形下測試。
圖8
3、電子衡器防作弊性能得到保證
電子軌道衡和電子汽車衡是煤礦用來進行煤炭貿易的大型計量器具，一些不法分子總想對其進
行簡單改裝通過計量作弊達到從中牟利的目的。在試圖進行作弊時，常用的方法主要是在稱重傳感
器、接線盒和稱重儀表處安裝遙控裝置來改變稱重測量結果。模擬式傳感器和早期數字式傳感器組
成的電子衡器由于在技術上和結構上存在的先天不足，難以通過技術手段來防止作弊。而由PDX
新型數字傳感器組成的電子衡器，在結構上進行了優化，不帶接線盒使得不法分子無法利用接線盒
作弊。在設計上，采用了密封數字式傳感器（PDX）和相匹配的數字儀表的設計方法。當打開傳感
器外殼在模擬端作弊時，傳感器內部的檢測裝置偵測到并通過T800PDX儀表報警；同時，在通訊
協議上，采用多種模式，并引入加密算法（DES或AES）以確保稱重數據傳輸的可靠性和保密性。
從而使得電子軌道衡、汽車衡防作弊能力得到保證。
4、衡器具有自診斷功能，將故障停機時間減至最少
煤礦電子軌道衡、汽車衡每天都要處在良好的工作狀態，隨時用于煤炭貿易的稱重計量，如果
因為衡器故障停機而影響了煤炭銷售的正常進行，會給企業帶來巨大的經濟損失。
PDX數字式稱重傳感器提供智能診斷功能。在故障發生前就向用戶發出潛在隱患的報警，這可
以幫助避免故障，即使故障產生了，也可以讓維修人員在第一時間快速完成維修。數字式稱重傳感
器診斷日志文件記錄了其性能及變化趨勢，讓用戶可以迅速決定是否需要進行預防或維修服務，秏
時的故障排除和零部件更換就被預防措施代替了。從而大大縮短了故障停機時間，給煤礦企業帶來
了較好的經濟效益和社會效益。
七、結語
PDX數字式傳感器在煤礦電子軌道衡、汽車衡升級改造中的應用才剛剛起步，以后還有很多工
作要做。我們要加強管理，不斷創新，開展電子衡器升級改造的研究工作，爭取取得更好的成績。
