Промышленный весовой терминал выглядит скромным прибором — дисплей, несколько клавиш и кабель к одному или нескольким тензодатчикам, — но электрически это прецизионная измерительная система, которая должна продолжать работать на движущемся транспортном средстве, в холодном складе или на погрузочной площадке, где нет сетевой розетки. Во встроенных в паллетный перевозчик или вилочный погрузчик весах тензодатчики встроены в вилы или каретку, и терминал вычисляет торговопригодный вес, пока погрузчик тормозит, поднимает и едет по температурным швам. Эта первая статья о питании от никель-металлгидрида для промышленного взвешивания разбирает этот профиль нагрузки от преобразователя вглубь: постоянный ток возбуждения, который терминал должен подавать в тензометрический мост Уитстона, возвратный сигнал милливольтового уровня и высокоразрешающее сигма-дельта-преобразование, превращающее его в вес, цифровую фильтрацию, отделяющую статическую массу от вибрации транспортного средства, и периодические всплески подсветки, термопринтера и беспроводного модуля поверх постоянно активной измерительной базовой линии. Затем объясняется, почему, когда значение веса определяет цену или стоимость перевозки, прибор входит в законодательную метрологию по OIML R76 и EN 45501, и почему источник, поддерживающий функцию взвешивания — в отличие от насоса или исполнительного механизма, — несёт метрологическую, а не только электрическую ответственность.
Почти каждые промышленные весы измеряют силу с помощью наклеенных металлических тензорезисторов, собранных в мост Уитстона. Под нагрузкой датчики меняют сопротивление на несколько тысячных долей, разбалансируя мост так, что при типичном возбуждении 5 В или 10 В возвратный сигнал на полном диапазоне составляет лишь несколько милливольт. Поэтому терминал должен формировать стабильное малошумящее питание моста (часто переключаемое между 5 В и 10 В) и усиливать и оцифровывать возврат высокоразрешающим сигма-дельта АЦП; топовые терминалы заявляют внутреннее разрешение в миллионы отображаемых делений, резервируя для торговли меньшее, метрологически утверждённое число поверенных интервалов.
Возбуждение — это постоянная нагрузка. Мост сопротивлением 350 Ом потребляет фиксированный ток, задаваемый напряжением возбуждения, а терминалы обычно рассчитаны на параллельную работу нескольких датчиков — опубликованные приборы принимают до восьми аналоговых тензодатчиков с входным сопротивлением 350 Ом, что соответствующе умножает ток возбуждения. Измерительный входной каскад, опорный источник и преобразователь работают непрерывно, чтобы весы отслеживали дрейф, выполняли автонуль и быстро выходили на установку; это несокращаемая базовая нагрузка, которую любой бортовой аккумулятор должен питать всю смену.
Настольные весы могут дождаться совершенно стабильных показаний; вилочные — нет. Когда гидравлика поднимает груз и погрузчик едет, измеряемая сила колеблется из-за ускорения мачты, податливости шин и пола, вибрации двигателя или насоса и прохождения поворотов. Терминал дискретизирует намного быстрее частоты обновления дисплея и применяет цепочку усреднения, демпфирования и детекторов стабильности, фиксируя или захватывая вес только когда отфильтрованный сигнал находится в заданной полосе стабильности в течение заданного времени — основа бортового «взвешивания в движении» и захвата поднятого груза.
Эта цифровая вычислительная нагрузка для современного микроконтроллера невелика, но никогда не равна нулю и растёт в окне захвата, когда преобразователь работает на максимальной частоте передискретизации, а процессор в реальном времени оценивает критерий стабильности. Первый анимированный рисунок сопоставляет слоистый ток терминала — плоскую базовую линию возбуждения-преобразования, пик подсветки и захвата и короткий импульс принтера или радиомодуля, — а второй показывает, как зашумлённый сырой сигнал силы фильтруется до стабильной, юридически значимой массы.
Рабочее взвешивание — это последовательность функций, все из которых зависят от сохраняемых данных: тара хранит вес пустого поддона или контейнера, суммирование складывает последовательные взвешивания, а бортовые терминалы могут хранить большие библиотеки — опубликованный автомобильный весовой терминал хранит 1000 групп значений тары и 1500 записей взвешивания. Справочники товаров, уставки и калибровочные коэффициенты также находятся в памяти и должны пережить замену батареи или перебой питания без повреждения юридически значимой записи.
Следствие для питания двоякое: малая нагрузка поддержки и сохранения памяти, которая должна существовать даже когда основной прибор номинально выключен, и чистое завершение, записывающее текущую транзакцию до падения шины питания. Источник, чьё напряжение проседает медленно и предсказуемо, а не обрывается резко, даёт терминалу время закрыть запись и поднять сигнал разряда батареи — свойство, говорящее в пользу подобранного аккумулятора со встроенным предохранителем вместо состарившегося комплекта первичных элементов.
Поверх измерительной базовой линии лежат короткие нагрузки с большим током. Светодиодный дисплей или ЖКИ с подсветкой — крупнейший постоянный потребитель, и его работа циклируется энергосберегающими меню; встроенный термопринтер потребляет резкий импульс тока на каждую этикетку или чек; а радиомодуль — RS-232 к принтеру на скорости 600–19 200 бит/с в устаревших приборах или короткодействующая беспроводная связь со складской системой — потребляет пик передачи намного выше тока приёма. Опубликованные беспроводные вилочные весы указывают около 40 часов работы терминала от внутренней батареи 6 В, 4 А·ч и до 120 часов в режиме низкой скважности беспроводной связи, показывая, насколько доминируют дисплей и измерительная базовая линия по сравнению с кратковременным радиообменом.
Подбирать батарею только по среднему току — классическая ошибка: базовая линия преобразователя и возбуждения задаёт энергетический бюджет, но пик передачи принтера или радиомодуля задаёт минимальный мгновенный ток, который аккумулятор должен выдать, не выводя аналоговую шину за метрологический допуск. Поэтому внутреннее сопротивление и поведение при импульсах значат не меньше ампер-часов.
Как только вес определяет цену, тариф, стоимость перевозки или заявленное количество, прибор становится неавтоматическим весовым прибором в законодательной метрологии. На международном уровне действует рекомендация OIML R76; в Европе ей соответствует EN 45501, и она обеспечивается через Директиву о неавтоматических весовых приборах 2014/31/ЕС, которая добавляет метрологический знак «M» рядом с CE, тогда как в США эквивалентную роль играет NIST Handbook 44. Тензодатчики имеют собственное утверждение, обычно по классу точности C3 OIML R60, а бортовое оборудование часто герметизировано по IP68 против водной промывки.
Эти стандарты рассматривают напряжение питания как влияющую величину: прибор должен оставаться в пределах максимально допустимой погрешности во всём номинальном диапазоне напряжений и предупреждать или безопасно вести себя на границе низкого напряжения. В сертификате OIML для одних больничных кроватных весов даже прямо указано, что их опциональная батарея «предназначена не для функции взвешивания, а только для приводов кровати» — точная иллюстрация того, что батарея, лишь приводящая в движение мотор, метрологически нерелевантна, тогда как источник, питающий измерительную цепь, является частью утверждённого прибора и не может заменяться произвольно.
Обобщая, бортовому весовому терминалу нужен источник, который всю смену обеспечивает непрерывную базовую линию возбуждения моста и преобразования, выдаёт пики принтера и радиомодуля без нарушения шины питания, сохраняет память тары, калибровки и транзакций при перебоях питания, предсказуемо ведёт себя на метрологической границе низкого напряжения и выдерживает вибрацию транспортного средства и температуры холодильного склада в корпусе со степенью защиты IP. Вторая статья превращает этот режим в конкретную конструкцию аккумулятора и зарядки и честно сравнивает герметичный никель-металлгидрид с герметичными свинцово-кислотными и литиевыми; третья описывает свидетельства утверждения типа, ЭМС, экологические и аккумуляторные стандарты, которые должен собрать изготовитель весов.
Относиться к батарее как к части измерительной цепи — а не как к обычному аксессуару — это подход, который отделяет бортовые весы, точно взвешивающие и сохраняющие записи каждую смену, от тех, чьи показания дрейфуют, сбрасываются или отказывают именно тогда, когда от них зависит торговая сделка.
Weijiang Power разрабатывает и производит герметичные никель-металлгидридные элементы и подобранные промышленные батареи для удалённого, автономного (вне сети) и связанного с безопасностью оборудования, а также поддерживает партнёров OEM файлами характеристик по IEC 61951-2, доказательствами безопасности по IEC 62133-2, определением импульсной нагрузки, испытаниями в широком диапазоне температур и совместной валидацией зарядного устройства и батареи. Сообщите нам ваш рабочий цикл, пиковый ток, температурный диапазон, целевую автономность и стандарты, которым должно соответствовать ваше изделие, и наши инженеры подберут комбинацию элемента и батареи, которая обеспечит время работы, надёжность и срок службы. Посмотреть ассортимент можно на странице продукции.
