介绍了以16位高精度A/D转换器为基础的高精度计量电子秤的软件设计。该电子计量秤以 MCS-51单片机为核心，避免了以前电子计量秤温度漂移带来的测量误差，具有精度高、工作温度范围宽、 测量速度快、稳定性强、本安电路设计等特点，在国内同类产品中处于领先水平。将该秤固定在平板拖车 上实现流量计的在线检定在国内尚属首家，因此该秤在计量检定方面具有很好的应用前景。
1 .前言
大庆石油化工总厂仪表修造厂以下简称仪修 厂）对大庆石化公司炼油厂九四单元、铁路栈桥等付 油系统的计量检定都采用容积法，利用标准容积罐作 为标准容器测出被检介质的标准容积，然后再对被 检介质进行密度修正，最后换算成标准质量与被检 流量计的质量指示值进行对比并计算出系统误差。 目前，国内对付油系统的检定均采用这种方法。而国 外对付油系统的检定多采用质量法，采用高精度的 电子秤作为计量标准器，该方法可直接获取被检介 质的质量值，无需进行密度修正就能获得高准确度 的标准值。此外，大庆石化公司生产装置内有一部分 流量计受工艺条件限制无法拆卸，因此这些流量计 一直处于待检状态，其精度无法得到保证，而这些流 量计的计量精度会直接影响生产装置的平稳运行。 针对这些情况，仪修厂决定自行研制开发高精度计量 电子秤，旨在解决生产中的计量检定问题，提高计量 检定的精度，保证被检流量计的量值传递准确可靠， 提高企业的经济效益。
2.设计技术指标
传感器技术指标
秤体传感器选用4只梅特勒-托利多衡器有限 公司生产的精度为0.015级的压力传感器，该传感器 各项参数见表1。

电子秤的各项设计技术指标 精度等级：III级；
量程：10 t；
分度值：1 kg;
工作温度范围：-30 ~+607；
件电路为本安型；
台面尺寸：(2x3： m2。
从电子秤各项技术指标可以看出，该秤不但具 有很高的精确度而且还具有很宽的工作温度范围。
3.技术要点
对于量程为10 t、秤台面为(2x3： m2、分度值为 1kg、工作温度范围为-30~+60 °C的电子秤来说，高精 度、高稳定性、低温度漂移的同时实现是该项目的技 术关键。为了解决该技术难题，满足上述设计指标， 在硬件电路设计上大胆创新，将四个传感器的电信 号进行加法运算，再经信号放大送至A/D转换器进 行模拟量到数字量的转换，最后送至单片机进行运 算处理，这样在(2x3： m2的秤台面的任何位置进行秤 量都不会影响其测量准确度，保证了测量误差的精度 要求。在软件设计上，采用动态窗口技术对采集的数据进行快速滤波，为满足精度和稳定性的要求提供 了保证；同时该电子秤能够自动根据现场温度的变 化进行示值补偿，这样即使在炎热的夏季和寒冷的 冬季都能保证计量电子秤测量值的准确和稳定。
4.硬件系统的设计
在硬件设计方面，该电子秤采用精度为0.015级 的梅特勒-托利多衡器型压力传感器将压力信号转 换为电信号，该信号经过加法电路和高速运算放大 后送至16位高精度A/D转换器转换为数字量，该 数字量经MCS-51单片机运算处理后送电子秤显示 器进行实时显示。电路设计为本安型，电源采用仪修 厂自行设计的防爆型充电电源，电源容量为10 AH。 硬件系统设计框图如图1所示。

5.软件系统的设计
系统利用MCS-51单片机，采用汇编语言编制 系统应用程序。在软件设计方面具有以下特点：采用 动态窗口数据处理技术对测量数据进行软件滤波， 使系统不但具有较高的准确度，而且具有较强的稳 定性；可根据工作现场的温度自动进行温度补偿，以 确保系统在-30~+60 °C都具有较高的准确度和较强 的稳定性；可以对测量数据进行准确的分段线性补 偿，以确保测量的准确度；具有零跟踪功能，可以有 效抑制系统的零漂；具有数字去皮重的功能，可根据 实际需要对皮重值进行灵活的设定；可显示系统日 期及时间等；具有智能性，在系统出现错误时可以给 出错误信息提示，以方便用户的使用及维护。
5.1系统软件框图
系统软件框图见图2。

5.2软件滤波程序的设计
由于该计量电子秤在计量检定中用于量值传 递，不仅应该具有较高的精确度而且还应该具有较 高的稳定性，因此系统不但在硬件电路板上设计了 滤波电路，而且在软件上设计两级滤波程序。第1级 滤波采用了动态窗口技术，在内存中开辟1个区域见图3。
在该区域中存放1 000个实时采集的测量分度 第n次采集的数据放入第n-1次采集数据的下 当数据存放位置达到该窗口的最底端时数据自动从窗口顶端开始覆盖，依次循环使该动态窗口始 终保持最新采集的1 000个数据，然后对该数据进行 平均值滤波计算处理。2级滤波程序采用平均值法对 1级滤波后的数据进行处理，具体算法如下：设经1 级滤波处理后第n+1次数据为Vn+1，第n次数据为 Vn，如果Vw-V。的绝对值大于a，则显示第n+1次数 据；如果Vw-V。的绝对值小于a，那么当VI1+1-VI1>0 时，置BigFlag标志为1,将大于次数变量BigTime加 1；Vn+1-V$<0时，置BigFlag标志为0，将小于次数变量 SmallTime 加 1 ;如果 SmallTime-BigFlag 的绝对值大 于b，显示第n+1次数据，否则显示第n次数据。上 面参数a和b实际系统中可根据实际调试结果进行 调整和设定。在本系统中参数a设置为1，参数b设 置为5，既能保证本系统数值准确稳定又能保证系统 的灵敏度，如果参数a和b设置较大，则系统稳定性 增强，但灵敏度下降，如果设置较小’则系统稳定性 下降，但灵敏度提高。
5.3温度补偿程序的设计
由于该计量电子秤用于付油系统仪表流量计的 在线检定，因此要求该秤具有良好的温度特性。而电 子元件的温度特性的不一致性及长期不稳定性使硬 件温度补偿的实现较为困难，因此采用软件加以补 偿’使用证明’具有良好的补偿效果。
由于东北地区一年四季温度变化范围较宽，因 此将温度补偿范围设置为-40~+60°C，然后根据温度 将该范围划分为21段直线：-40°C以下为第1段，- 40~+60°C之间每5 ：划分为1段，即第2段至第20 段，+60C以上为第21段，这21段直线共有22个节 点，每个节点开辟4个单元用以存放当前温度值与 在该温度下采集的重量值与室温下标准重量值的代 数差；将温度范围分段后对每段直线进行标定，标定 时秤面上的物体重量保持不变，然后依次按下功能 键曲本秤键盘设计给出该键），第1次按键为温度 变化前在室温下按下，第2次至n次按键为温度变 化后按下，然后系统自动将第2次至n次按键按下 时的温度值及采集重量值的差值存放在相应的节点 中，然后以每个节点为端点作直线，此后系统在任意 温度下都会自动进行温度补偿。使用证明，该计量电 子秤具有良好的温度特性，在冬季和夏季都具有良 好的使用稳定度。
5.4线性补偿程序的设计
由于该计量电子秤量程为10 t，为保证系统长期 使用线性满足精度要求，将整个量程范围划分为20 个线段共21个节点，在每个节点设置4个存储器分 别存放分度数和重量值，每500 kg为1段。在实际进 行系统精度标定时只需将标准重量值通过键盘设定 给出，系统便自动将该重量值和相应的分度数记录 在相应的存储器中，标定结束后系统自动根据标定 结果对采集的分度数进行线性插值计算。经实际使 用证明，该计量电子秤具有很高的线性度。
6.工作过程
将自行研制开发的高精度计量电子秤固定在平 板拖车上，然后将10m3的储水罐固定在秤台面上就 可以实现对付油系统及流量计的在线检定，这在国 内尚数首家。在进行检定之前，需将该计量检定装置 拖至使用现场’然后开机进行预热，预热30 min完成 后去掉皮重，当前显示值为净重；记录初始值，加载 所需要称量介质至预定值，稳定后记录终了值，计算 出本次称量介质的实际质量，与被检系统示值作比 较，计算出被检系统的当次测量误差，然后以上一次 的终值为初始值，重复上述步骤，计算出被检流量计 在本流量点的又一次测量误差，如此反复直至检定 过程结束。
7.结束语
高精度宽工作温度范围计量电子秤的研制开发 不仅解决了计量检定不能进行在线检定的实际问 题，而且为保证大庆石油化工总厂及大庆石化公司 进出能源、物料的准确计量、减少产品的不合格率提 供了可靠的保证。使用表明，其操作简单，测量精度 高，运算速度快，稳定性好，工作温度范围宽，适用于 易燃易爆的危险场所，各项性能指标在国内同类产 品中处于领先水平，因此在计量检定方面具有很好 的应用前景。