第五届全国称重技术研讨会论文集

    [摘要] 本文以企业的实践活动为背景，解析影响家用秤品质的因素，提供保持家用秤品质优势和技术水平的方法和经验，旨在与同行探讨良性发展的道路。
    关键词：家用秤 人体秤 健康秤 厨房秤 口袋秤 品质优势 质量水平

一、概论

    家用秤通常是各种人体健康秤（包括婴儿秤、脂肪秤）、厨房秤、口袋秤（MINI秤、手掌秤）的统称。在世界上，中国是家用秤的生产大国。据台商向我们介绍，现在全世界家用秤的年产量大约是三四千万台左右，亚洲产品占80%，中国产品占亚洲70%。
    家用秤从制造过程上看，属于劳动密集型产品。从用途方面看，属于非贸易用衡器，不需要进行强制法制认证。但是，家用秤是使用量最大的衡器，它的质量问题不容忽视，各生产厂家有责任参照国际法制计量组织制定的 OIML R76 号国际建议，制定出企业的标准，严把质量关，向社会提供合格产品。
    从结构上看，家用秤可以分为机械秤和电子秤两类。由于近二、三十年来电子秤技术的成熟，机械式家用秤已逐步被电子秤所取代，电子秤在家用秤中成为主流产品。本文不再多用笔墨分析机械式家用秤的问题，主要基于电子式家用秤的范围内进行论述。

二、我国家用秤产品的现状

    我国家用秤生产企业分两类，外向型与内向型。外向型企业大多在向外商提供贴牌生产，国际家用秤的市场基本为看似外商品牌、实为中国制造的产品所充斥，海关提供的家用秤出口值是1.5亿美元，占中国全部衡器出口额总合的一半。这个数字说明，中国家用秤取得了世界的认可，出口型企业的产品内在质量和外观质量，均达到国际标准。
    一些内向型企业，因为有意过度侵掠国内低端市场，奉行低价竞销的恶招，一台内销家用秤价格可能比出口价格低一半，因此这些厂家为了维持利润，不得不大幅削减原材料采购价格和牺牲质量压低制造成本，结果会导致机械式家用秤的耐用性、稳定性较差；电子式产品的问题则更大，比如准确度、重复性很差，四角误差大而减弱了抗偏载能力，零点漂移严重，温度漂移明显等等问题造成对电子家用秤市场的极大干扰。

三、电子式家用秤的特点及设计要点

    3.1认识电子式家用秤的优点
    虽然家用秤属于小型、非贸易用的衡器，但是无论是计量性能上，还是原理上和功能结构上，家用秤与贸易型衡器的要求是相当的。比如一般贸易用秤都要求达到中准确度 Ⅲ 级计量水平，电子家用秤准确度等级要求也至少为 Ⅱ 级，就连检定分度数最少的人体秤类的产品，也高于 Ⅲ 级秤的下限指标；有的MINI型电子家用秤和测量珠宝用的电子秤的准确度达到了高准确度 Ⅱ 级水平，完全满足金银珠宝类物品的计量要求。电子家用秤的这种计量精度也是机械式家用秤望尘莫及的。
    电子家用秤工作原理如图1所示，实现了电子化的家用秤具有很多明显的优点。如计量准确度高，稳定性好，显示直观明白，结构简单，称重计量快速，使用校准简便，更有丰富的功能和保留的I/O接口，保证其可靠工作外，还具有扩展灵活性，可以满足不同的需要。

    但是，电子家用秤有一个最主要的优点容易被人们忽视，即其更新换代的速度。由于家用秤采用了微电子技术，由电子硬件和程序软件支持其工作，这就决定了电子秤性能可以随硬件、软件产品的升级换代而不断更新。事实上，科惠杰公司的电子秤就是靠不断跟踪、吸纳世界领先技术和产品，而保持其先进性的。因为家用秤是小型产品，正所谓船小好调头，所以涌现出来新技术、新器件、新工艺能被家用秤不断率先接受，使电子家用秤的技术水平能够处于衡器技术的领先地位，整机的性价比也在不断迅速提高，这是传统的机械家用秤不可比拟的最根本的优势。

    3.2基于电子式家用秤的使用特点，实事求是地制定的设计原则
    * 由于是面向家庭使用，特别强调操作简便，提示明了，显示清晰；
    * 由于一般都是采用直流供电，要尽量降低电源损耗，采用低功耗的元器件，增设休眠功能，有助于延长电池使用寿命；
    * 静态下使用，对模数转换速率没有较高要求，在满足测量与显示速度的前提下，可适当降低内置时钟频率；
    * 电路要求增益的高稳定性，低漂移，低噪声，较强的温补措施；
    * 整机要求高性价比。

    3.3 基于电子式家用秤的结构特点，制定实际操作的设计要点
    家用秤相对于其他类衡器产品，结构要简单的多，重量轻，体积小，是典型的MINI型秤，但是用“麻雀虽小，五脏俱全”来比喻电子家用秤是非常贴切的。
    从功能结构上看，家用秤也是由承重和传力装置、模/数转换电路、CPU控制、驱动显示电路、键盘和电源等部分组成。科惠杰公司为了保持家用秤的先进性，对每一部分的关键元器件总是采用先进、优质的产品。现将科惠杰公司在部件中的设计控制要点介绍如下：

    3.3.1 承重和传力装置的设计要点
    承重装置须保证称物与传力的合理性、重复性、稳定性与耐用性。其所选用的器材和结构主要取决于家用秤的类别、最大秤量、准确度和所使用环境的条件等。
    ★机械部分：设计重点是秤盘与承重架、减震器、基座、限位装置。由于家用秤的秤量较小，使用中容易超载，如果传感器自身不带限位装置，则必须在承重传力机构中加装限位装置。
    ★称重传感器部分：因为传感器是整机中的一次仪表元件，所以素有“称重传感器是衡器的心脏”之称。家用秤中多采用铝质传感器，特别要注意目前国内铝质传感器的质量参差不齐，价格相差很多。由传感器本身引入的温漂、蠕变、非线性、滞后、重复性、绝缘电阻变化等误差超差，是造成内销家用秤质量不稳的主要原因。我公司对于称重传感器的选用极其严格，选用传感器时坚持考核以下几个指标：
    * 量程的选择应符合下式：称重传感器的使用量程选得太大或太小对于电子秤的稳定性和可靠性都是不利的。
    选用时，使称重传感器的额定负荷=Q·Max·R/N （ 式1 ） 
    式1中， Q — 缩减比
            Max — 最大秤量
            R — 修正系数。考虑到四角的满负荷、承载器的重量和置零等因素影响，取R＞1。
            N — 使用称重传感器的个数
    * 准确度的选择：选用OIML R60中同等级准确度的称重传感器。
    其误差≤0.7EMax （ 式2 ）
    式2中，EMax — 家用秤的最大综合允差。
    * 额定输出的选择：过大或过小同样会对家用秤的稳定性和可靠性造成不良影响，科惠杰公司更注重考核传感器额定输出的一致性、温度特性和稳定性。
    * 输入/输出电阻的考虑：为了降低功耗，设计中尽可能采用高阻抗称重传感器，但是，须指出这将导致总体成本上升。
    * 绝缘电阻的考虑：绝缘电阻的影响往往会被设计者忽视，其实该项指标对家用秤的质量性能有较大的影响。通过该指标不仅能反映出制造称重传感器所选用的材质好坏，而且还反映着传感器制造者的工艺和制造水准。家用秤中尤其浴室秤是使用在潮湿的环境下，绝缘电阻的不良，可导致家用秤不能正常工作。

    3.3.2 A/D转换器的设计要点
    电子家用秤较早的A/D转换器，是通过多块模拟和逻辑功能不同的IC，以软硬件组合的方式，来完成模拟信号的放大和模/数转换功能的。而现在一般只要一块14bits的A/D就能实现，还有集成度更高、功能更强的芯片（见下节）。但不管使用哪种芯片，在家用秤中都需重点考虑的是降低噪声、提高抗干扰和防潮能力、解决增益漂移问题，对于芯片的外接电阻、电容等器件的噪音、温漂、数值稳定性应格外注意。

    3.3.3 CPU控制电路和高集成度专用芯片
    早期的电子家用秤使用的单片机IC需要外接EPROM和扩展器，内存小，使得电路复杂、且可靠性降低。现在科惠杰公司使用的IC是与集成电路厂家合作研制的家用秤专用大规模集成芯片，采用有内置A/D、内置驱动电路的单片机技术，在一块芯片内集中了模数转换器、CPU控制电路、输入/输出接口和驱动电路。一块芯片，加上SMT技术和SMD器件的应用，完成了称重信号接收、处理和输出的功能，能够实现用户的多种需求，应该说是进行了一次电子线路的革命。采用我公司专用芯片后，线路大大简化，极大地减少了整机故障率，提高了工作可靠性。由图1 的功能部件结构简化为图2 的形式。

    3.3.4显示器的标准模式
    科惠杰显示器分为液晶（LCD）显示和液晶+背光（LCD+EL/LED）显示两类标准形式，在有些型号的产品上辅以发光二极管（LED）显示某些功能。

    3.3.5 键盘的标准模式
    科惠杰电子秤的键盘采用薄膜键或微型轻触键两种模式。前者具有安装使用方便和防水性好的优点，后者则具有手感明显和舒适的特点。

四、科惠杰公司保持产品水平的质量措施

    科惠杰公司信奉的观点：产品的品质是设计和制造出来的。我公司在生产的大链环中，全程贯彻这一思想。具体体现在以下几个方面：

    4.1 制定严格的标准
    科惠杰公司参照OIML R76 《非自动衡器》国际建议，制定本公司的企业产品标准，并分别定有电气部分和机械部分要达到的内控指标。

    4.2 品质源头抓设计
    每一款产品从设计开始，就要保证优于内控指标。我们认为，必须从根本上保持优质品诞生的环节，使优生的源泉永不干涸。
    科惠杰公司将产品分为内在质量和外在质量两个控制部门，分别由不同专业的工程师进行控制，控制重点放在三个方面：内在指标、外观感觉和选用器材。
    4.2.1 内在质量设计侧重的内容：
    * 机械设计 (适用性、可靠性) 
    * 电子设计 （根据整机计量指标进行线路和软件设计，根据功能进行编程）
    4.2.2 外在质量设计侧重的内容：
    * 视觉设计 （要求时尚、协调的工业设计，包括面板、键钮布局）
    * 触觉设计 （根据人体感觉进行设计）
    4.2.3 原材料与器件选用设计采取质量唯上的原则
    保持先进性和高性能，鼓励合理选用新材料、新产品，坚决拒绝不良品。例如我们设计采用的器件都是单电源、宽电压范围的，为用户提供了方便；我们采用的传感器，严格配套检测；又如，在分度数2000以下的产品中，我们控制放大器输入噪声在1uVpp以内,失调漂移控制在100 nV/℃ ；分度数3000的产品，我们控制前端输入噪声＜0.3uVpp，失调漂移＜60 nV/℃ 。 在软件方面，我们有成熟的软件包和自己的软件“魔块”。虽然这些高性能指标的措施的应用，增加了产品成本，但是保证了用户的利益。一些外商，一时经不起某产品低价格的诱惑，但经过比较之后，还是回过头来大批定购KHJ电子家用秤。

    4.3 严格的制造过程控制
    本文前面说过，电子家用秤仍然属于劳动密集型产品，所以要求它的生产不仅要必须符合传统劳动密集型产品生产的特点，而且也要开拓和建设具有现代时代特色的生产规范。以下是我公司对劳动密集型的家用秤制造过程的几点探索和经验，我们认为下述几个问题都很重要，它们对我公司产品的制造质量起到了很好的保证作用。

    4.3.1 严格工艺要求
    科惠杰公司的产品从设计到制造、入库、出厂都制定工艺流程，每种工件都有加工工艺、每个工序都有操作标准。举一个最小的例子，我们的进货人员连一道玻璃秤面上的划痕都不会放过，这都是平时训练的结果。

    4.3.2 完备的工装、工位器具
    在劳动密集型产品的生产中，虽然有了生产工艺和操作标准，但是工人操作中的人为因素不可消除、加工误差难以控制，这就要求工艺技术工程师发挥作用，对于工装进行完备。这种投入虽然没有直接效益，但从质量保证角度，企业的领导人必须全力予以支持。科惠杰对于工装的投入，从来是100％的保证。

    4.3.3 先进的技术设备
    技术设备在生产中起到提高质量和提高劳动效率的作用。现代设备的概念应当扩展到硬设备和软设备两个概念。在这两个概念里。又同时存在着标准产品和非标设备。例如，SMT要买标准设备，而我公司用于IC 性能检测、整机性能测试与实验的设备则均是自己制造的非标设备。

    4.3.4 现代的生产管理
    现代企业需要现代化的管理，管理作为一门科学，其作用及意义广为人知，本文从略。

    以上是我公司的一些体验，为了同业的共同进步，贡献出来，仅供同仁参考。

参考文献

    1、科惠杰公司电子人体秤产品标准 
    2、科惠杰公司电子厨房秤产品标准
    3、科惠杰公司电子袖珍秤产品标准
    4、科惠杰公司电子天平质量控制文件

    作者单位：深圳市科惠杰衡器技术开发有限公司
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<全文完>