地磅XK3190系列称重仪表的工作原理及故障分析

本文详细介绍了上海耀华称重系统有限公司生产的XK3190系列称重仪表 的基本构成、工作原理、数显原理以及常用的电子元件及电路，特别介绍了该仪表常见的一 些故障现象、特征，通过对故障原理的分析，使你在最短的时间里快速判断，找出故障源, 解决问题，恢复使用，不影响生产。同时也对我国称重仪表行业的现状、问题进行分析，希 望通过全社会的共同努力使我国的称重仪表的质量和性能也能达到先进水平。

称重显示器f简称称重仪表)与衡器的秤台、称 重传感器是构成电子衡器的三大部件。称重仪表 的作用是将称重传感器测量出、传输来的电压或 电流信号经过放大处理后，以数字显示的形式显 示衡器秤台上物体的重量。称重仪表是电子衡器 的关键，因此称重仪表的优劣直接影响到电子衡 器的质量。因为称重显示器在电子秤中占有主导 关键地位，所以对其要求就越来越高。我国计量 仪器仪表产品，绝大部分属于中低档技术水平， 而且可靠性、稳定性等关键性指标尚未全部达到 要求，高档、大型仪器设备几乎全部依赖进口。 随着市场竞争的不断激烈，称重显示器生产的企 业不断出现，多种多样的显示器也在不断的问世， 特别是国外大型衡器产品厂商纷纷入住国内，如 赛多利斯科学仪器Qt京)有限公司、梅特勒-托利 多(常州)称重设备有限公司、HBM苏州)电子测量 技术有限公司等都是世界顶级的大公司，抢走了 国内不少的尖端客户，使得国内的生产厂家都面 临着严峻的考验。XK3190系列称重仪表是上海耀 华称重系统有限公司的主打产品，去年却销售了 40万台，产值达1.5亿多元，在国内市场有较高的占有率和知名度，下面分别介绍该仪表的结构、 工作原理及故障分析。

—、XK3190系列称重仪表的基本构成和工作原理

—般的数字称重仪表均由A/D转换电路(包括 模拟放大、滤波、A/D转换器)、CPU处理器、键 盘、数字显示器及打印和通讯等扩展接口等组成。 当称重传感器在受重力作用后产生一个与该重力 成正比的毫伏级模拟电压信号。该信号经放大、 滤波后送至模数转换器，转换成相应的数字信号, 最后由CPU进行数据处理，接收并处理键盘输入 的操作命令，同时进行秤量显示，可将数据长距 离进行传送、多屏幕显示、数据存储、数据调用、 利用数据进行系统控制。数字称重仪表的构成和 工作原理如图1所示：

二、XK3190系列称重仪表的数字显示原理 数字显示是完成人机对话的关键部分，用于 操作人员读取被称物品的重量数据、系统信息和 向仪表输入的控制信息。数字显示按显示方式分静态显示和动态扫描显示两种。静态显示方式时， CPU —次性的将所有显示位的显示数据全部送到 显示屏，并通过锁存电路使显示数据持续保持不 变。动态扫描显示是按照一定的时间间隔每次输 出一位显示数据到显示屏显示。在前一个时间段 里一位显示位显示，并将显示状态保持，在相邻 的下一个时间段里将前一个时间段里处于显示状 态的显示位媳灭，同时让下一位显示位开始显示。 由于每个显示位的显示时间间隔都很短，利用人 眼的视觉停留原理，使人感觉到所有显示位同时 都在显示。静念显示方式的优点是控制方便，显 示数据处理时序要求低，但由于所有显示位同时 都处于显示工作状态，所以电路接口资源占用多， 功耗大，一般只用于接口资源多和无节能要求的 数字显示。动念扫描显示相对来说显示控制和数 据处理时序要求高，但接口资源占用少，电路简 单，功耗小，所以在大量仪表数字显示中被广泛 应用。数字显示按显示单元的组成来分，可分为 段码式显示和点阵式显示等，按显示管材料来分， 又可分为VFD、LED、LCD显示等。数字显示一 般由显示数据输入和锁存电路、显示位选择数据 输入电路及显示屏组成，数据输入和锁存电路与 显示位选择电路统称显示驱动电路。

三、XK3190系列称重仪表的接口

称重仪表的输入输出外接端口称接口。称重 仪表的必备接口是传感器接口，另外一般还可配 备如打印机、通讯接口、控制输入输出接口及实 现其他特殊功能的功能接口。

(_)传感器接口 ： XK3190系列称重仪表的传 感器一般均为RS232-9芯D型连接器接口，在与 传感器连接时，分4线制和6线制两种接法。

(二)打印接口 ： XK3190系列称重仪表的传感 器一般均为RS232-25芯D型连接器接口，接口同 于标准并行打印接口定义。

(三）通讯接口 ： 一般包括RS232、RS422、 R S485和20m A电流环接口，实现称重仪表与计算 机、大屏幕等连接以实现计算机管理称重系统或 外接大屏幕显示等。

四)模拟量输出接口 ：称重仪表中用来实现某 些工业控制功能的模拟信号输出接口，输出的模 拟量与称重仪表的重量数据成正比关系，可分为 电压模拟量输出接口和电流模拟量输出接口两种, 前者输出0-10伏的电压信号，后者输出4-20毫 安或0-20毫安电流信号。

五)其它接口 ：称重仪表中还有其他如开关量 输入/输出接口、红外线或无线收发接口等。

四、XK3190系列称重仪表的常用电子元件

一)MCS-51系列单片机：常用的单片机有80C31、 89C52、 89C54、 89C58、 W 78E58、 89C516、 W 78E516 等。

(二)模拟开关：常用的模拟开关有CD4051、 74HC4051、CD4052、CD4066 等，主要用于 A3、 A7、A9、D2+等采用双积分式A/D转换的仪表中。

(三）译码器：常用的译码器有 74LS I38/74HC 138、74LS I39/74HC 139 等,主要功能 是地址选通，在 XK3190-A1、A1 +、A9、A15、 D2+等系列仪表中使用。

(四）其他数字逻辑器件：锁存器(74XX273、 74XX373、74XX377、74XX573 等)、数据缓冲器 74HC244、74HC245)、反相器和其他门电路 (7406、7400、7410)。

五)放大器、比较器：常用的运算放大器分单 运放、双运放和四运放，有OPA2277、OPA277、 OPA4277 等。

(六）口线扩展芯片81C55。

(七）集成a-XA/D转换器：有CS5513、CS5532、CS5460 等。

器 W27C512、W27C257)、FEPROM(电可擦除只读 存储器 93C46、X5045、24C0I、24C02 等)、RAM 激据存储器6264、62256等)。

(九）复位和时钟集成电路：有X5045、 IMP707 等。

(十）通讯接 口器件：MAX232、DS75176、75LBCI80 等。

(十一)其它：包括稳压元件LM317、78XX、 LM 2940，驱动元件 ULN2003、 ULN2803、 TD62783、HT621、HT16512， 二极管 IN4007、 IN4004、IN28、IN32、IN47 等，三极管 9013、 9014、1815、9012、B772 等。

五、XK3190系列称重仪表的故障分析原则和 常用方法

(一)故障分析原则：

熟悉仪表的原理和电路构成：它是仪表故 障分析和排除的基础，了解原理，知道电路构成 才能最快、最有目的性的进行故障的分析和排除。

区分故障真伪：故障分析的第一步应判断 出是仪表故障还是外围设备故障，属于仪表的故 障则按照仪表的原理等查找故障所在。

3.在检修操作时，严禁带电插拔传感器、打印机、通讯电缆等外设，严禁带电拆装仪表电路 中其它的组成部件比如显示板、AD板、电子元 件等。

(二)常用方法：

仪表故障提示分析法：即根据仪表显示的 出错信息提示分析故障原因。

仪表故障显示分析法：即根据故障导致异 常的仪表数据或工作状态显示分析故障。

替代法：即使用确认是无故障的器件、仪 表部件来替换对应的可疑器件或部件来分析故障。

拨去其它外接设备，看仪表是否存在故障 来分析故障原因。

三)维修实例

由于XK3190系列仪表的种类较多，维修实 例只介绍专门用于电子汽车衡的A9仪表和D2+ 仪表。

1.XK3190-A9仪表维修实例

0)故障现象：开机长鸣无显示

检修过程：根据故障现象大致可以判断变压 器正常，问题可能出在电源部分或主板部分。首 先检查电源部分是否正常，若5V电压低于4.8V, 主板部分就无法正常工作。用万用表测量5V电源 电压只有4.2V,测量7805三端稳压器的输入端电 压是11.5V,说明7805稳压器输出端坏了，更换， 仪表工作正常；用万用表测量5V电源只有3.8V, 测量7805三端稳压器的输入端电压只有6.5V,说 明问题可能出在整流电路或开关，用万用表测量 四只整流二极管均正常，更换船型开关后仪表恢 复正常；用万用表测量5V电压只有4.98V,说明 电源部分和船型开关均正常，问题出在主板部分， 用示波器查到74HC373芯片无输出信号，更换芯 片后仪表工作正常。

2)故障现象：开机出现ERR01、ERR05

检修过程：根据故障现象大致可以判断变压 器正常，主板工作正常，问题可能在A/D转换部 分或电源部分。先检查电源部分是否正常，若8V 电压低于4V,仪表就会出现ERR01或ERR05。 用万用表测量8V电压只有1.2V,测量7808三端 稳压器的输入端电压只有15.5V,说明7808三端 稳压器输出端坏了，更换7808后，恢复正常；用 万用表测量8V电源电压只有2.8V,测量7808三 端稳压器的输入端电压只有7.5V,说明问题在整 流电路或开关上，测量四只整流二极管，发现两 只二极管开路，更换，恢复正常；用万用表测量 8V电压有7.97V,说明电源部分和开关正常，问 题可能出在A/D转换部分，测量0PA2277芯片丨 脚电压是6.9V,而该脚正常电压是3.9V左右，更 换0PA2277后，仪表正常。

(3)故障现象：仪表直流蓄电池无法开机，交 流电正常

检修过程：根据故障现象大致可以判断问题 出在直流电源部分，可能是电池电压太低、保险 丝坏或主板坏。用万用表测量电池电压为

11.8V,按住启动按扭仪表工作正常，电量指示 灯只有一个亮，这时测量电池电压10.5V,更换 12V蓄电池仪表工作正常；用万用表测量电池电 压为12.5V,按住启动按扭仪表重复自检，电量 指示灯只有一个亮，这时测量电池电压有 12.5V,打丌保险丝盒发现1.5A的保险丝换成了 0.5A的保险丝，更换后仪表正常；用万用表测 量电池电压为12.5V,按住启动按扭仪表工作正 常，保险丝也是1.5A,但电量指示灯不亮，测 量5V电源电压为6V,更换7805后仪表正常； 用万用表测量电池电压为12.5V,按住启动按扭 仪表工作正常，保险丝也是1.5A,电量指示灯 亮，说明问题在主板直流部分，测量继电器旁边 的两个9013三极管，发现两个三极管均出现短 路现象，更换后仪表工作正常。

⑴故障现象：打印不正常 检修过程：通电后一直走纸，可判断故障在 打印机线路板上，首先测量打印机线路板的电源 电压为9.5V,而正常的为5V,怀疑打印机线路 板上的7805损坏，更换后打印正常；打印缺字 可能是打印头或打印机线路板的问题，用好的打 印头代换后仍然缺字，问题在打印机线路板上， 拆下打印机线路板，测量8050三极管，发现两 个开路，更换后打印正常；按打印键后仪表显示 PRINT但不打印，判断故障在打印头上，打开打 印盖板，发现打印头里的灰尘太多，清洗烘干 后，打印正常；按打印键后仪表打印出乱码，问 题可能在打印机线路板或打印参数设置错误，按 “打印设置”键查看打印参数，发现TYPE参数 改成了 而该参数正常应该是(5),更改后打 印正常。

2.XK3190-D2+仪表维修实例 ⑴故障现象：仪表死机长鸣、无显示 检修过程：首先怀疑复位电路不正常，测得 通电后80C3丨的第9脚电压为4.82V,检查得810 芯片损坏，更换后通电蜂鸣声消失，但仍无显示。 用替代法知显示板上器件损坏，用示波器检查显 示板上74HC244输入输出均正常，而74HC273的 第11脚无选通波形，更换之仪表工作正常。

故障现象：仪表死机无长鸣、无显示

检修过程：因为无显示且无声，先检查保险 丝，发现保险丝熔断，换后故障依旧。打开机 壳，发现变压器已烧焦，用万用表测量变压器初 级线圈已烧断，换变压器仍无显示，通电不久变 压器发烫，说明有器件被击穿，快速断电，测得 5V对地阻值仅50欧，进一步检查发现扁桥、 7805、6264均被击穿，更换损坏器件后仪表工 作正常。

故障现象：仪表死机长鸣、无显示

检修过程：用替代法，分别将主板与显示板 换在好的仪表上均无显示，说明主板与显示板都 有故障。先检查主板，主板5V电压正常，用示波 器看晶振起振、复位电路工作正常、CPU的P0 口 有信号输出、74HC573、27C512、6264芯片都有 信号输出，但8IC55输出波形异常，换81C55后 主板用替代法证明被修复。再检修显示板，用示 波器检查74HC244无输出，换新后有输出，但 74HC273也无输出，换新后显示板用替代法证明 被修复。装入原仪表内工作正常。

4)故障现象：仪表出现“ER06”

检修过程：测得A/D板上15V正常，但U02、 U030P117)第6脚输出都大于10V，而正常输出值 为7.5V，换两片0P117后其第6脚输出恢复正常 的7.5V，通电后经标定工作正常。

(5做障现象：仪表出现“ER06”

检修过程：发现A/D板上C03、C040.47uF电 容)受强电冲击而裂开，U02、U03 0H17)第6脚输 出都大于10V，换电容及0P117后仍出现 “ER06，，。测得换新后的U02的第6脚输出仍大于 10V，而U02第6脚和R10 35K电阻)相连接到 4052第4脚,怀疑4052损坏，换4052后U02的 第6脚输出电压恢复正常值，通电后经标定工作 正常。

(6)故障现象：仪表出现“ER06”

检修过程：测得A/D板上15V正常，但U02 (0P117)的第6脚输出为13.54V,换OP117后 “ ER06”消失，但出现漂移，怀疑C02、C05

0.47uF电容)性能变差，更换后工作正常。

7)故障现象：仪表出现“ER06”

检修过程：仪表该表在上海某厂使用，经检 查7815击穿、A/D板损坏，换7815及A/D板后 能称重，但四脚显示数据不一致，存在偏载误差, 打开传感器接线盒，发现其中可调电位器烧焦, 传感器也被烧坏。经值班人员反映，故障前一天 该秤体有一块铁板脱落，操作人员在仪表断电但 传感器没有断开的情况下，使用电焊机将铁板焊 上后仪表就出现“ER06”。分析认为强电通过传感 器及连接线将7815击穿并损坏A/D板，所以用户 在秤台上电焊操作时一定要在仪表断电、传感器 断开、电焊接地就近的情况下进行。

故障现象：仪表漂移

检修过程：检查发现C01 2200U F/35V电解电 容)已爆裂，7815输入与输出电压都在20V左右, 断电后测得7815已击穿，换C0I电容和7815后重 新标定仪表正常。

故障现象：仪表零位不稳

检修过程：仪表工作时轻拍仪表，显示值会 在零位附近来回跳动。检查发现仪表传感器接口 (RS232-9P)有明显腐蚀现象，换RS232-9P及连接 电缆线后故障消失。

故障现象：仪表不自检，断电后参数丢失

检修过程：仪表参数由3.6V电池断电保

护。测得3.6V电池电压只有1.5V,换电池后重 新设置时间及其他参数，断电后再通电，仪表 正常。

故障现象：仪表工作时时间不走

检修过程：测3.6V电池正常，用示波器测得 DSI302旁边小晶振没有起振，更换后重新设置时 间，通电后时间正常走动。

故障现象：仪表乱打印

检修过程：首先检查仪表打印参数设置是否 正确，发现参数设置无误，测得D3、D4 (5V稳压 管)均击穿，换后无效，怀疑81C55、74HC244损 坏，换后打印正常。

故障现象：仪表不能通讯

检修过程：首先检查仪表通讯参数设置是否 正常，发现参数设置无误，怀疑丨CL232芯片损 坏，更换后仪表与计算机通讯正常。

故障现象：仪表不能与大屏幕连接

检修过程：大屏幕功能与LN317、U11光耦)、 7406有关，检查发现LM317及U11都己损坏，更 换后大屏幕显示数据与仪表同步。

六、我国称重仪表的技术水平

我国企业制造的称重仪表在计量要求、技术 性能和功能上达到国外同类产品水平，在价格上 要远低于国外同类产品。这主要是近几年我国企 业积极消化吸收国外的先进技术，一些外资把制 造企业转移到国内带来了先进技术，使国内的主 流产品的性能和质量达到国外同类产品先进的技 术水平。从另一方面，我国的计量检定规程 JJG555-1996《非自动秤通用检定规f程〉积极采纳 了 OIML国际建议R76,国家标准GB/ T7724-1999《称重显示控制器》也与R76接轨， 这也就迫使称重仪表制造企业下大气力使称重仪 表在各项性能上达到我国规程和标准的要求，同 时也达到了国际建议的要求，这样迅速地提高了 我国称重仪表的技术水平。

七、我国称重仪表存在的问题

(一)随着电子技术的发展，计量器具的抗电磁 场辐射能力已是评价质量的一项重要指标。但是 国内部分生产企业比较封闭保守缺乏对新技术的 了解，对我们进行的抗电磁干扰的试验比较茫然、 不知所措，缺乏相应技术准备和检测条件。再加 之对国标理解不够，甚至有的企业一直采用已作 废的国标，致使部分产品抗电磁干扰性能较差。 这一现象在2002年的抽查中得到了改善。

(二)我国幅员辽阔南北温差大、夏季冬季温度 的跨度可达50°C,称重仪表的使用环境又大多在 室外，所以温度是称重仪表的一项主要技术指标。 部分企业在零点的温度稳定性和高温低温性能未 采取相应的技术，导致称重仪表的秤量准确度超 出规程和国标的要求。

(三)俗话说“好马配好鞍”，好产品需要好的 外观。我国一些产品虽然质量不错，但其外观又 大又笨又粗糙，十年不变。这样的产品成本高、 功能少、外观缺乏新颖美观，即便是性能合格， 也缺乏市场竞争力。另外，我国的产品大多是用 于静态衡器的称重仪表，几乎没有涉及到用于自 动衡器的动态称重仪表。我国的动态称重仪表与 国外同类产品有一定的差距，尤其在动态稳定性 上差距还很大，需要我国企业努力改变这一现状。

八、总结

总之，随着微电子技术和计算机技术的发展， 数字称重仪表将会越来越趋于高精度、高速度、 高可靠性、高集成度、高智能化和超低功耗，功 能也将更加丰富和强大，也必将使电子衡器被应 用到更加广阔的领域。我们相信经过我们的努力， 我国的称重仪表也能够达到国际的先进水平，并 大踏步地走出国门。动态称重仪表也会随着采纳 R50、R61、R107国际建议的我国计量检定规程 JJG I95-2002《连续累计自动衡器（皮带秤》、 JJG564-2002《重力式自动装料衡器》、JJG648- 1996《非连续累计自动衡器》的实施，其质量和 性能将迅速达到国际水平。