精品資料（2021-2022年收藏的）電子衡器基礎(chǔ)知識(shí)..

1、 電 子 衡 器 基 礎(chǔ)培 訓(xùn) 教 材梅特勒托利多工業(yè)業(yè)務(wù)市場(chǎng)部客戶培訓(xùn)中心 電子衡器基礎(chǔ)知識(shí)一、電子衡器概論、 衡器、秤及天平的概念（） 衡器是利用作用于物體上的重力等各種稱量原理，確定物體的質(zhì)量或作為質(zhì)量函數(shù)的其他量值、數(shù)值、參數(shù)或特性的一種計(jì)量?jī)x器，又稱衡量?jī)x器、稱量?jī)x器或稱重儀器。當(dāng)用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域時(shí)，在我國(guó)屬接受強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具之一。（） 秤是普通準(zhǔn)確度級(jí)和（或）中準(zhǔn)確度級(jí)的非自動(dòng)衡器，以及具有相應(yīng)靜態(tài)準(zhǔn)確度級(jí)的自動(dòng)衡器的總稱。（） 天平天平是高準(zhǔn)確度級(jí)和（或）特種準(zhǔn)確度級(jí)的衡器。、 電子衡器概念裝有電子裝置的衡器。電子裝置是指將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的

2、機(jī)電裝置。、 衡器術(shù)語(yǔ)（） 非自動(dòng)衡器：稱量過(guò)程中需要人員操作（例如向承載器加放或卸去載荷或取得稱量結(jié)果）的秤。（） 自動(dòng)衡器：稱量過(guò)程中不需要操作都參與，并按照預(yù)定的程序自動(dòng)工作的衡器。（） 最大稱量（Max）：不計(jì)算添加皮重在內(nèi)的最大稱重能力。（） 分度值：實(shí)際分度值（d）：以質(zhì)量單位表示的下述數(shù)值。對(duì)模擬示值，系指相鄰兩個(gè)刻線對(duì)應(yīng)值之差對(duì)數(shù)字示值，系相鄰兩個(gè)示值之差。檢定分度值（e）：用于對(duì)秤分級(jí)和檢定時(shí)使用的、以質(zhì)量單位表示的值。（） 檢定分度數(shù)（n）：最大秤量與檢定分度值之商。（） 最小秤量（Min）：載荷小于該值時(shí)，稱量結(jié)果可能產(chǎn)生過(guò)大的相對(duì)誤差。（） 稱量范圍：最小秤量與最大秤量

3、之間的范圍。二、電子衡器組成 秤臺(tái)顯示儀表傳感器外設(shè)接線盒全電子衡器按組成部分可分為以下四部分：1、稱重傳感器：將加到稱臺(tái)上的重量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀壤碾娦盘?hào)輸出。2、稱重顯示儀表：將傳感器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字處理后在顯示屏上顯示。3、秤體部分：承重部分，機(jī)械結(jié)構(gòu)上還可分為秤臺(tái)、位移限位、卸荷鑼栓；電氣上有接線盒、信號(hào)電纜等。接線盒作用：在多傳感器系統(tǒng)中平衡傳感器輸出信號(hào)信號(hào)電纜作用：將傳感器信號(hào)送至顯示儀表4、外部設(shè)備：指連接在顯示儀表的信號(hào)輸出端口，接收儀表輸出信號(hào)的設(shè)備；常見(jiàn)的外部設(shè)備有打印機(jī)、大屏幕顯示器、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)；另外還有模擬量輸出、光纖輸出、固態(tài)繼電器輸出

4、等。三、 應(yīng)變式稱重傳感器、傳感器工作原理彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻值變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，從而完成將外力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的過(guò)程。（）電阻應(yīng)變片：是把一根電阻絲機(jī)械地布置在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。箔式單軸片、箔式雙軸片（）彈性體：承受外力，產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡。產(chǎn)生高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)。（）檢測(cè)電路：把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便地觧決稱重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等，所以惠斯

5、登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易互相抵消，所以稱重傳感器均采用全橋等比電橋，參看下圖。BR1R4R3R2CD-U0UiA+-+從圖中，流經(jīng)R1，R2的電流為：I1= Ui÷(R1+R2) UAB=R1×I1= UiR1÷(R1+R2) 流經(jīng)R3，R4的電流為I2= Ui÷(R3+R4) UAD= R4×I2= UiR4÷(R3+R4) UBD=UADUAB = UiR4÷(R3+R4)UiR1÷(R1+R2) = Ui×（R2R4R1R3

6、）÷(R1+R2) ×(R3+R4)= U0 - （1） - 2、零點(diǎn)補(bǔ)償雖然電阻應(yīng)變計(jì)經(jīng)過(guò)精心挑選使其阻值盡量相等，但很難絕對(duì)一致。另外，即使能挑選出電阻相等的應(yīng)變計(jì)，經(jīng)過(guò)貼片過(guò)程，電阻值還會(huì)發(fā)生變化。所以其橋路不平衡是絕對(duì)的。使傳感器在不承重時(shí)的輸出為U0等于零所進(jìn)行的調(diào)整稱為零點(diǎn)補(bǔ)償。零點(diǎn)補(bǔ)償有橋臂中串聯(lián)電阻法，并聯(lián)電阻法和外加電壓法三種。本公司采用串聯(lián)法零點(diǎn)補(bǔ)償。零點(diǎn)補(bǔ)償方法從圖中，R1、R2、R3、R4為四個(gè)橋臂電阻，Ui為橋路激勵(lì)電壓電源。由（1）式可知，若U0 0，則R2R4R1R30，此時(shí)可在橋臂1或橋臂3中串一個(gè)電阻（銅絲或鎳銅片）R0，使R2R4=（R1

7、+R0）R3達(dá)到零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)哪康?。零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)首先是決定零點(diǎn)補(bǔ)償電阻應(yīng)串入哪一個(gè)橋臂，其次是決定這個(gè)電阻值是多大，最后決定銅絲有多長(zhǎng)，補(bǔ)償前必須測(cè)U0并規(guī)定橋路電壓的正方向，使它與橋路的正方向相同。如圖所示，供橋電壓的正端接A點(diǎn)，負(fù)端接C點(diǎn)。橋路輸出端B點(diǎn)的電位高于D點(diǎn)，則U0為正，反之U0為負(fù)。根據(jù)測(cè)出U0的正負(fù)，用圖很容易決定R0應(yīng)串入哪一個(gè)橋臂。串入R0后，則產(chǎn)生一個(gè)電壓降IR0，如果這個(gè)電壓降與U0大小相等，則抵消掉U0，考慮到串入的電阻R0遠(yuǎn)小于橋臂電阻R，因此支路電流 I= Ui÷(R1+R2+R0)= Ui÷(2R+R0) Ui÷2R -（2） U0

8、=IR0= Ui÷2 R×R0 -(3) R0= 2R×U0Ui-（4） 如果銅絲單位長(zhǎng)度的電阻為r0,設(shè)零點(diǎn)補(bǔ)償所需銅絲長(zhǎng)度為L(zhǎng) L = R0÷r0 =2R×U0÷Ui÷r0=2R÷r0×U0÷Ui -（5）根據(jù)（4），（5）計(jì)算出的零點(diǎn)補(bǔ)償電阻，用特殊方法繞好后，經(jīng)老化處理再接入傳感器電橋由實(shí)驗(yàn)作精細(xì)調(diào)整。當(dāng)然傳感器還有零點(diǎn)溫度補(bǔ)償，彈性模量溫度補(bǔ)償，蠕變補(bǔ)償?shù)?，我們就不逐個(gè)描述，如有興趣，這方面的書(shū)籍較多，讀者可以作進(jìn)一步研究. 3、 傳感器常用技術(shù)參數(shù) 額定容量：生產(chǎn)廠家給出的稱量范圍的

9、上限值。（t、kg、g） 額定輸出(靈敏度)：加額定載荷時(shí)和無(wú)載荷時(shí)，傳感器輸出信號(hào)的差值。（mv/v） 靈敏度允差：傳感器的實(shí)際額定輸出與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)額定輸出之差對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)額定輸出的百分比。 非線性：由空載荷的輸出值和額定載荷時(shí)的輸出值所決定的直線和增加負(fù)荷之實(shí)測(cè)曲線之間最大偏差對(duì)額定輸出值的百分比。重復(fù)性誤差：在相同的環(huán)境條件下，對(duì)傳感器反復(fù)加荷到額定載荷并卸載。加荷過(guò)程中同一負(fù)荷點(diǎn)上輸出值的最大差值對(duì)額定輸出的百分比。蠕變：在負(fù)荷不變（一般取為額定載荷），其它測(cè)試條件也保持不變的情形下，稱重傳感器輸出隨時(shí)間的變化量對(duì)額定輸出的百分比。零點(diǎn)輸出：在推薦電壓激勵(lì)下，未加載荷時(shí)傳感器的輸出值對(duì)額定

10、輸出的百分比。絕緣阻抗：傳感器的電路和彈性體之間的直流阻抗值。輸入阻抗：電源激勵(lì)輸入端短路，傳感器未加載荷時(shí)，從信號(hào)輸出端測(cè)得的阻抗。溫度補(bǔ)償范圍：在此溫度范圍內(nèi)，傳感器的額定輸出和零平衡均經(jīng)過(guò)嚴(yán)密補(bǔ)償，從而不會(huì)超出規(guī)定的范圍。零點(diǎn)溫度影響：環(huán)境溫度變化引起的零平衡變化。一般以溫度第化10K時(shí)，引起的零平衡變化量對(duì)額定輸出的百分比來(lái)表示。額定輸出溫度影響：環(huán)境溫度的變化引起的額定輸出變化。一般以溫度每變化10K引起額定輸出的變化量對(duì)額定輸出的百分比來(lái)表示。使用溫度范圍：傳感器在此溫度范圍內(nèi)使用其任何性能參數(shù)均不會(huì)產(chǎn)生永久性有害變化。4、稱重傳感器選用的一般規(guī)則 1）結(jié)構(gòu)、型式的選擇主要看衡器的

11、結(jié)構(gòu)和使用的環(huán)境條件，還有一個(gè)要考慮的因素是，維修的方便與否及所需費(fèi)用。 2）量程的選擇稱重系統(tǒng)的稱量值越接近傳感器的額定容量，則其稱量準(zhǔn)確度就越高，但在實(shí)際使用時(shí)，由于存在秤體自重、皮重及振動(dòng)、沖擊、偏載等，因而不同稱量系統(tǒng)選 用傳感器的量限的原則有很大差別。一般原則有：a 單傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng) 固定負(fù)荷（秤臺(tái)、容器等）變動(dòng)負(fù)荷（需稱量的載荷）所選用傳感器的額定載荷×70%b 多傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng)固定負(fù)荷（秤臺(tái)、容器等）變動(dòng)負(fù)荷（需稱量的載荷）所選用傳感器的額定載荷×所配傳感器個(gè)數(shù)×70%其中70%的系數(shù)即是考慮振動(dòng)、沖擊、偏載等因素而加的。 四、接線盒接線盒在

12、多傳感器稱重系統(tǒng)中，傳感器采用全并聯(lián)方式聯(lián)接。模擬接線盒：接線盒分7孔與5孔。前者用于6線制傳感器，后者用于4線制傳感器。接線盒相當(dāng)于一個(gè)無(wú)源電阻網(wǎng)絡(luò)，它為每個(gè)傳感器準(zhǔn)備了一個(gè)低溫度系數(shù)精密可調(diào)電阻，與傳感器的輸出端并聯(lián)。當(dāng)調(diào)節(jié)盒內(nèi)某個(gè)可調(diào)電阻時(shí)，相當(dāng)于改變了這只傳感器的輸出阻抗。這樣，就使得稱重系統(tǒng)所使用的每只傳感器的輸出阻抗在一個(gè)小范圍內(nèi)可以調(diào)整。接線方法：傳感器色標(biāo)及名稱：AJB005與AJB007接線示意圖AJB015型接線盒示意圖3、調(diào)整電阻調(diào)整四角誤差，調(diào)整電阻向順時(shí)針?lè)较蛑导哟螅{(diào)整電阻向逆時(shí)針?lè)较蛑禍p小，調(diào)整時(shí)向最小值靠攏，例如四角值如下：第一角 10 T 9.9 T第二角 9

13、.95 T 9.9 T 第三角 9.9 T第四角 10.1 T 9.9 T我們把所有角的值均調(diào)到 9.9 T，然后加50%滿量程砝碼校正。數(shù)字接線盒五、顯示儀原理1、顯示儀組成2、放大器 傳感器輸出信號(hào)一般為毫伏級(jí)的信號(hào)，進(jìn)入儀表后經(jīng)由放大器放大為伏級(jí)的信號(hào)。3、濾波器是為了獲得穩(wěn)定和精確的直流電壓所必須的電路。、 儀表的A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供微處理器處理在秤進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，設(shè)砝碼值為F1=30000Kg,傳感器信號(hào)經(jīng)放大，濾波后輸入A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)為Vx，此時(shí),k1接通,則Vx對(duì)電容C進(jìn)行充電，時(shí)間為定值T1，充電量為Vc.接著k2接通,然后用一個(gè)極性與Vx相反的電壓Vref對(duì)電容C

14、進(jìn)行放電，直至把電容C中的電量放光，時(shí)間為T2。在放電的同時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，若計(jì)數(shù)器值為K1=300000,則儀表將( K1=30000Kg K2=300000)自動(dòng)存入內(nèi)存.當(dāng)任一重量F2加至秤臺(tái)，電容C放電時(shí)間為T3，放電結(jié)束后計(jì)數(shù)器值為K2=250000則:F2/F1=T2 / T3= K2/ K1 則 F2/F1= K2/ K1F1 = 30000 KG K1 = 300000 K2 = 250000F2= 30000Kg×(250000÷300000) = 25000Kg5、微處理器 是稱重儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的核心部件。根據(jù)儀表性能和功能的不同要求可選擇不同檔次。

15、6、顯示器和鍵盤顯示器和鍵盤為稱重儀表的人機(jī)界面。7、接口稱重儀表的接口主要供連接外部設(shè)備用。1）串口的幾種形式：RS232（最遠(yuǎn)傳輸距離為15m，用于計(jì)算機(jī)或打印機(jī)）RS485/RS422（最遠(yuǎn)傳輸距離為600m，用于大屏幕或計(jì)算機(jī)。）20mA電流環(huán)（最遠(yuǎn)傳輸距離為300m,用于大屏幕）2）并口一般直接用于打印機(jī)8、電源給稱重儀表的電路提供電源和給傳感器提供激勵(lì)電壓。電源供電方式有直流和交流兩種。直流供電可采用交流適配器供電，也可采用電池供電。交流供電的儀表一般內(nèi)部有電源變壓器，其輸入電壓范圍比較窄。檢 定 規(guī) 程一：名詞解釋檢定： 為評(píng)定秤的計(jì)量性能，確定其是否符合法定要求所做的全部工作。

16、首次檢定： 對(duì)從未檢定的秤進(jìn)行的檢定a 新制造、新安裝的秤b 進(jìn)口秤的檢定隨后檢定： 秤首次檢定后的檢定 a 周期檢定 b 修理后的檢定 c 新投入使用的強(qiáng)制檢定的秤，使用前申請(qǐng)的檢定 d 周期檢定周期未到前的檢定使用中檢定 檢驗(yàn)使用中的秤是否符合計(jì)量檢定規(guī)程的要求，是否處于良好的工作條件，使用是否正確、可靠。OIML：國(guó)際法制計(jì)量組織(Organisation Internationale de Metrologie LegaleOIML)是一個(gè)從事法制計(jì)量工作的政府間組織。1955年10月12日根據(jù)美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)等24個(gè)國(guó)家在巴黎簽署的國(guó)際法制計(jì)量組織公約成立。它的最高權(quán)利結(jié)構(gòu)是國(guó)際法制計(jì)

17、量大會(huì)(CGML)，一般每四年召開(kāi)一次。領(lǐng)導(dǎo)和咨詢結(jié)構(gòu)是法制計(jì)量委員會(huì)(CIML)，每?jī)赡暾匍_(kāi)一次。常設(shè)結(jié)構(gòu)是國(guó)際法制計(jì)量局(BIML)，局址設(shè)在法國(guó)巴黎。CIML由每個(gè)成員國(guó)的一名代表組成。這些代表由其本國(guó)政府指定，必須是主管計(jì)量器具部門的在職官員，或者是在法制計(jì)量部門擔(dān)任正式職務(wù)者。OIML的主要任務(wù)是：搜集各國(guó)法制計(jì)量機(jī)構(gòu)及法制計(jì)量器具的文獻(xiàn)和情報(bào)，確定法制計(jì)量的一般原則，制定并推薦國(guó)際性計(jì)量技術(shù)法規(guī)，組織新檢定方法和國(guó)際交流，協(xié)調(diào)國(guó)際間制造、使用和檢定計(jì)量器具中出現(xiàn)的技術(shù)和管理問(wèn)題，推動(dòng)國(guó)際計(jì)量立法的一致和促進(jìn)國(guó)際貿(mào)易，促進(jìn)成員國(guó)主管法制計(jì)量部門的聯(lián)系。OIML向成員國(guó)推進(jìn)的技術(shù)法規(guī)有

18、兩種：國(guó)際建議和國(guó)際文件。截至1998年1月已制定國(guó)際建議126個(gè)、國(guó)際文件26個(gè)。截至1998年1月，OIML共有55個(gè)正式成員，46個(gè)通訊成員經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，我國(guó)已參加OIML，1985年4月25日起成為正式成員國(guó)。 R文件：國(guó)際建議，確立規(guī)程的樣板、計(jì)量特征 D文件：國(guó)際文件，確立資料、改進(jìn)方法 R76號(hào)文件：非自動(dòng)衡器國(guó)際建議NTEP：美國(guó)NTEP（NATIONAL TYPE EVALUATION PROGRAM) 認(rèn)證二、計(jì)量原則計(jì)量單位 克（g）、千克或公斤(kg)、噸（t)計(jì)量要求的原則 適用于所有的秤，與秤的稱量原理無(wú)關(guān) 劃分秤的準(zhǔn)確度等級(jí)的依據(jù)是： A 檢定分度值e，表示絕對(duì)準(zhǔn)

19、確度e=d B 檢定分度數(shù)n，表示相對(duì)準(zhǔn)確度三、非自動(dòng)衡器分級(jí)準(zhǔn)確度級(jí)別檢定分度值檢定分度數(shù)nn=Max/e最小稱量Min(下限)最小最大特種準(zhǔn)確度I0.001ge50000100e高準(zhǔn)確度II0.001ge0.05g1001000020e0.1ge50001000050e中準(zhǔn)確度III0.1ge2g1001000020e5ge5001000020e普通準(zhǔn)確度IIII5ge100100010e四、誤差非自動(dòng)衡器的最大允許誤差首次檢定最大允許誤差MPE使用中誤差準(zhǔn)確度級(jí)別中準(zhǔn)確度III普通準(zhǔn)確度IIII±0.5e±1.0em500em50e±1.0e±2.

20、0e500m2000e50m200e±1.5e±3.0e2000m10000e200m1000e自動(dòng)衡器的最大允許誤差準(zhǔn)確度級(jí)別稱量值的相對(duì)誤差首次檢定使用中0.20.10.20.50.250.51.00.51.02.01.02.0自動(dòng)衡器的靜態(tài)準(zhǔn)確度，是它按非自動(dòng)衡器檢定方法檢定時(shí)應(yīng)達(dá)到的準(zhǔn)確度。對(duì)于0.2級(jí)與0.5級(jí)自動(dòng)衡器，其靜態(tài)準(zhǔn)確度通常應(yīng)符合非自動(dòng)衡器的中準(zhǔn)確度要求。而對(duì)于1.0級(jí)與2.0級(jí)自動(dòng)衡器，其靜態(tài)準(zhǔn)確度等級(jí)通常應(yīng)符合非自動(dòng)衡器的普通準(zhǔn)確度要求。貿(mào)易結(jié)算用秤： 國(guó)家規(guī)定，用于貿(mào)易結(jié)算的秤，其最小檢定分度數(shù)對(duì)于三級(jí)秤，n³1000誤差計(jì)算方法E = I + 0.5e - Dm - m其中：E為誤差I(lǐng)為加載后的示值Dm 所加的感量砝碼m標(biāo)準(zhǔn)砝碼例1：一臺(tái)d=5g的秤，加放1Kg砝碼，示值為1000g，然后加0.5g的小砝碼，直至示值由1000g變成1005g，此時(shí)小砝碼之和為1.5g，求這一點(diǎn)的實(shí)際誤差？超不超差？ E=（I-m）+0.5d