電子衡器基礎(chǔ)知識

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)市場部客戶培訓(xùn)中心電子衡器根底學(xué)問一、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)或特性的一種計量儀器，又稱衡量儀器、稱量儀器或稱重儀器。當(dāng)用于貿(mào)易結(jié)算、平安防護、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域時，在我國屬承受強迫檢定的計量器具之一。秤是一般精確度級和〔或〕中精確度級的非自動衡器，以及具有相應(yīng)靜態(tài)精確度級的自動衡器的總稱。天平天平是高精確度級和〔或〕特種精確度級的衡器。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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的機電裝置。衡器術(shù)語非自動衡器：稱量過程中須要人員操作〔例如向承載器加放或卸去載荷或獲得稱量結(jié)果〕的秤。自動衡器：稱量過程中不須要操作都參及，并根據(jù)預(yù)定的程序自開工作的衡器。最大稱量〔〕：不計算添加皮重在內(nèi)的最大稱重實力。分度值：實際分度值〔d〕：以質(zhì)量單位表示的下述數(shù)值。對模擬示值，系指相鄰兩個刻線對應(yīng)值之差對數(shù)字示值，系相鄰兩個示值之差。檢定分度值〔e〕：用于對秤分級和檢定時運用的、以質(zhì)量單位表示的值。檢定分度數(shù)〔n〕：最大秤量及檢定分度值之商。最小秤量〔〕：載荷小于該值時，稱量結(jié)果可能產(chǎn)生過大的相對誤差。稱量范圍：最小秤量及最大秤量之間的范圍。二、電子衡器組成秤臺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：將加到稱臺上的重量信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀壤碾娦盘栞敵觥?、稱重顯示儀表：將傳感器輸出的模擬信號經(jīng)放大、濾波、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，機械構(gòu)造上還可分為秤臺、位移限位、卸荷鑼栓；電氣上有接線盒、信號電纜等。接線盒作用：在多傳感器系統(tǒng)中平衡傳感器輸出信號信號電纜作用：將傳感器信號送至顯示儀表4、外部設(shè)備：指連接在顯示儀表的信號輸出端口，接收儀表輸出信號的設(shè)備；常見的外部設(shè)備有打印機、大屏幕顯示器、計算機管理系統(tǒng)；另外還有模擬量輸出、光纖輸出、固態(tài)繼電器輸出等。三、應(yīng)變式稱重傳感器１、傳感器工作原理彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它外表的電阻應(yīng)變片也伴同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變更，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻值變更轉(zhuǎn)換為電信號輸出，從而完成將外力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕倪^程?！玻薄畴娮钁?yīng)變片：是把一根電阻絲機械地布置在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。箔式單軸片、箔式雙軸片〔２〕彈性體：承受外力，產(chǎn)生反作用力，到達(dá)相對靜平衡。產(chǎn)生高品質(zhì)的應(yīng)變場?！玻场硻z測電路：把電阻應(yīng)變片的電阻變更轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞敵觥Ｒ驗榛菟沟请姌蚓哂性S多優(yōu)點，如可以抑制溫度變更的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較便利地觧決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一樣，各種干擾的影響簡潔相互抵消，所以稱重傳感器均承受全橋等比電橋，參看以下圖。BBR1R4R3R2CD-U0A+-+從圖中，流經(jīng)R1，R2的電流為：I1=÷(R12)1×I1=1÷(R12)流經(jīng)R3，R4的電流為I2=÷(R34)R4×I2=4÷(R34)—=4÷(R34)—1÷(R12)=×〔R2R4—R1R3〕÷[(R12)×(R34)]=U0〔1〕-2、零點補償雖然電阻應(yīng)變計經(jīng)過細(xì)心選擇使其阻值盡量相等，但很難確定一樣。另外，即使能選擇出電阻相等的應(yīng)變計，經(jīng)過貼片過程，電阻值還會發(fā)生變更。所以其橋路不平衡是確定的。使傳感器在不承重時的輸出為U0等于零所進展的調(diào)整稱為零點補償。零點補償有橋臂中串聯(lián)電阻法，并聯(lián)電阻法和外加電壓法三種。本公司承受串聯(lián)法零點補償。零點補償方法從圖中，R1、R2、R3、R4為四個橋臂電阻，為橋路激勵電壓電源。由〔1〕式可知，假設(shè)U0＞0，則R2R4—R1R3＞0，此時可在橋臂1或橋臂3中串一個電阻〔銅絲或鎳銅片〕R0，使R2R4=〔R10〕R3到達(dá)零點補償?shù)哪康?。零點補償?shù)娜蝿?wù)首先是確定零點補償電阻應(yīng)串入哪一個橋臂，其次是確定這個電阻值是多大，最終確定銅絲有多長，補償前必需測U0并規(guī)定橋路電壓的正方向，使它及橋路的正方向一樣。如下圖，供橋電壓的正端接A點，負(fù)端接C點。橋路輸出端B點的電位高于D點，則U0為正，反之U0為負(fù)。根據(jù)測出U0的正負(fù)，用圖很簡潔確定R0應(yīng)串入哪一個橋臂。串入R0后，則產(chǎn)生一個電壓降0，假設(shè)這個電壓降及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÷(R120)=÷(20)≈÷2R〔2〕U00=÷2R×R0(3)R0=2R×U0〔4〕假設(shè)銅絲單位長度的電阻為r0,設(shè)零點補償所需銅絲長度為LL=R0÷r0=2R×U0÷÷r0=2R÷r0×U0÷〔5〕根據(jù)〔4〕，〔5〕計算出的零點補償電阻，用特別方法繞好后，經(jīng)老化處理再接入傳感器電橋由試驗作精細(xì)調(diào)整。當(dāng)然傳感器還有零點溫度補償，彈性模量溫度補償，蠕變補償?shù)?，我們就不逐個描繪，如有愛好，這方面的書籍較多，讀者可以作進一步探討.3、傳感器常用技術(shù)參數(shù)額定容量：消費廠家給出的稱量范圍的上限值?！瞭、、g〕額定輸出(靈敏度)：加額定載荷時和無載荷時，傳感器輸出信號的差值?！病踌`敏度允差：傳感器的實際額定輸出及對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)額定輸出之差對該標(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的輸出值所確定的直線和增加負(fù)荷之實測曲線之間最大偏向?qū)︻~定輸出值的百分比。重復(fù)性誤差：在一樣的環(huán)境條件下，對傳感器反復(fù)加荷到額定載荷并卸載。加荷過程中同一負(fù)荷點上輸出值的最大差值對額定輸出的百分比。蠕變：在負(fù)荷不變〔一般取為額定載荷〕，其它測試條件也保持不變的情形下，稱重傳感器輸出隨時間的變更量對額定輸出的百分比。零點輸出：在舉薦電壓激勵下，未加載荷時傳感器的輸出值對額定輸出的百分比。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：電源激勵輸入端短路，傳感器未加載荷時，從信號輸出端測得的阻抗。溫度補償范圍：在此溫度范圍內(nèi)，傳感器的額定輸出和零平衡均經(jīng)過嚴(yán)密補償，從而不會超出規(guī)定的范圍。零點溫度影響：環(huán)境溫度變更引起的零平衡變更。一般以溫度第化10K時，引起的零平衡變更量對額定輸出的百分比來表示。額定輸出溫度影響：環(huán)境溫度的變更引起的額定輸出變更。一般以溫度每變更10K引起額定輸出的變更量對額定輸出的百分比來表示。運用溫度范圍：傳感器在此溫度范圍內(nèi)運用其任何性能參數(shù)均不會產(chǎn)生永久性有害變更。4、稱重傳感器選用的一般規(guī)則1〕構(gòu)造、型式的選擇主要看衡器的構(gòu)造和運用的環(huán)境條件，還有一個要考慮的因素是，修理的便利及否及所需費用。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，則其稱量精確度就越高，但在實際運用時，由于存在秤體自重、皮重及振動、沖擊、偏載等，因此不同稱量系統(tǒng)選用傳感器的量限的原則有很大差異。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、容器等〕＋變動負(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、容器等〕＋變動負(fù)荷〔需稱量的載荷〕≤所選用傳感器的額定載荷×所配傳感器個數(shù)×70%其中70%的系數(shù)即是考慮振動、沖擊、偏載等因素而加的。四、接線盒接線盒在多傳感器稱重系統(tǒng)中，傳感器承受全并聯(lián)方式聯(lián)接。模擬接線盒：接線盒分7孔及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)于一個無源電阻網(wǎng)絡(luò)，它為每個傳感器打算了一個低溫度系數(shù)精細(xì)可調(diào)電阻，及傳感器的輸出端并聯(lián)。當(dāng)調(diào)整盒內(nèi)某個可調(diào)電阻時，相當(dāng)于變更了這只傳感器的輸出阻抗。這樣，就使得稱重系統(tǒng)所運用的每只傳感器的輸出阻抗在一個小范圍內(nèi)可以調(diào)整。接線方法：傳感器色標(biāo)及名稱：－005及－007接線示意圖－015型接線盒示意圖3、調(diào)整電阻調(diào)整四角誤差，調(diào)整電阻向順時針方向值加大，調(diào)整電阻向逆時針方向值減小，調(diào)整時向最小值靠攏，例如四角值如下：第一角10T9.9T第二角9.95T9.9T第三角9.9T第四角10.1T9.9T我們把全部角的值均調(diào)到9.9T，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一般為毫伏級的信號，進入儀表后經(jīng)由放大器放大為伏級的信號。3、濾波器是為了獲得穩(wěn)定和精確的直流電壓所必需的電路。儀表的轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供微處理器處理在秤進展標(biāo)定時，設(shè)砝碼值為F1=30000,傳感器信號經(jīng)放大，濾波后輸入轉(zhuǎn)換器時為，此時1接通,則對電容C進展充電，時間為定值T1，充電量為.接著k2接通,然后用一個極性及相反的電壓對電容C進展放電，直至把電容C中的電量放光，時間為T2。在放電的同時，計數(shù)器開始計數(shù)，假設(shè)計數(shù)器值為K1=300000,則儀表將(K1=30000K2=300000)自動存入內(nèi)存.當(dāng)任一重量F2加至秤臺，電容C放電時間為T3`，放電完畢后計數(shù)器值為K2=250000則:F212/T3=K2/K則F21=K2/K1F1=30000K1=300000K2=250000F2=30000×(250000÷300000)=250005、微處理器是稱重儀表進展數(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。6、顯示器和鍵盤顯示器和鍵盤為稱重儀表的人機界面。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：232〔最遠(yuǎn)傳輸間隔為15m，用于計算機或打印機〕485422〔最遠(yuǎn)傳輸間隔為600m，用于大屏幕或計算機?！?0電流環(huán)〔最遠(yuǎn)傳輸間隔為300m,用于大屏幕〕2〕并口一般干脆用于打印機8、電源給稱重儀表的電路供應(yīng)電源和給傳感器供應(yīng)激勵電壓。電源供電方式有直流和溝通兩種。直流供電可承受溝通適配器供電，也可承受電池供電。溝通供電的儀表一般內(nèi)部有電源變壓器，其輸入電壓范圍比較窄。檢定規(guī)程一：名詞說明檢定：為評定秤的計量性能，確定其是否符合法定要求所做的全部工作。首次檢定：對從未檢定的秤進展的檢定a新制造、新安裝的秤b進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新投入運用的強迫檢定的秤，運用前申請的檢定d周期檢定周期未到前的檢定運用中檢定檢驗運用中的秤是否符合計量檢定規(guī)程的要求，是否處于良好的工作條件，運用是否正確、牢靠。：國際法制計量組織()是一個從事法制計量工作的政府間組織。195510月12日根據(jù)美國、聯(lián)邦德國等24個國家在巴黎簽署的國際法制計量組織公約成立。它的最高權(quán)利構(gòu)造是國際法制計量大會()，一般每四召開一次。指導(dǎo)和詢問構(gòu)造是法制計量委員會()，每兩召開一次。常設(shè)構(gòu)造是國際法制計量局()，局址設(shè)在法國巴黎。

由每個成員國的一名代表組成。這些代表由其本國政府指定，必需是主管計量器具部門的在職官員，或者是在法制計量部門擔(dān)當(dāng)正式職務(wù)者。

的主要任務(wù)是：搜集各國法制計量機構(gòu)及法制計量器具的文獻(xiàn)和情報，確定法制計量的一般原則，制定并舉薦國際性計量技術(shù)法規(guī)，組織新檢定方法和國際溝通，協(xié)調(diào)國際間制造、運用和檢定計量器具中出現(xiàn)的技術(shù)和管理問題，推動國際計量立法的一樣和促進國際貿(mào)易，促進成員國主管法制計量部門的聯(lián)絡(luò)。

向成員國推動的技術(shù)法規(guī)有兩種：國際建議和國際文件。截至19981月已制定國際建議126個、國際文件26個。

截至19981月，共有55個正式成員，46個通訊成員

經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，我國已參與，19854月25日起成為正式成員國。R文件：國際建議，確立規(guī)程的樣板、計量特征D文件：國際文件，確立資料、改進方法R76號文件：非自動衡器國際建議：美國〔)認(rèn)證二、計量原則計量單位克〔g〕、千克或公斤()、噸〔t)計量要求的原則適用于全部的秤，及秤的稱量原理無關(guān)劃分秤的精確度等級的根據(jù)是：A檢定分度值e，表示確定精確度B檢定分度數(shù)n，表示相對精確度三、非自動衡器分級精確度級別檢定分度值檢定分度數(shù)n最小稱量(下限)最小最大特種精確度Ig≤e50000－100e高精確度g≤e≤1001000020eg≤e50001000050e中精確度g≤e≤2g1001000020e5g≤e5001000020e一般精確度5g≤e100100010e四、誤差非自動衡器的最大允許誤差首次檢定最大允許誤差運用中誤差精確度級別中精確度一般精確度±０≤m≤500e０≤m≤50e±500＜m≤2000e50＜m≤200e±2000＜m≤10000e200＜m≤1000e自動衡器的最大允許誤差精確度級別稱量值的相對誤差％首次檢定運用中自動衡器的靜態(tài)精確度，是它按非自動衡器檢定方法檢定時應(yīng)到達(dá)的精確度。對于0.2級及0.5級自動衡器，其靜態(tài)精確度通常應(yīng)符合非自動衡器的中精確度要求。而對于1.0級及2.0級自動衡器，其靜態(tài)精確度等級通常應(yīng)符合非自動衡器的一般精確度要求。貿(mào)易結(jié)算用秤：國家規(guī)定，用于貿(mào)易結(jié)算的秤，其最小檢定分度數(shù)對于三級秤，n31000誤差計算方法 E=I+0.5e--m其中：E 為誤差 I 為加載后的示值所加的感量砝碼 m 標(biāo)準(zhǔn)砝碼例1：一臺5g的秤，加放1砝碼，示值為1000g，然后加0.5g的小砝碼，直至示值由1000g變成1005g，此時小砝碼之和為1.5g，求