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0引言

隨著稱重顯示器的應(yīng)用普及,人們對其主要技術(shù)性能及基本控制功能更加深入了解,對其質(zhì)量要求不斷提高,其檢測也就顯得十分必要。依據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG649-1990數(shù)字稱重顯示器和GB/T7724-2008電子稱重儀表對各類稱重顯示器進(jìn)行型式評價(jià)試驗(yàn)和計(jì)量性能檢測,在試驗(yàn)過程中所使用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)儀器的合理性、檢測方法的正確性及檢驗(yàn)規(guī)則的邏輯性等都會(huì)直接影響到顯示器的技術(shù)指標(biāo)。本文將選用信號模擬器作標(biāo)準(zhǔn)信號裝置來檢測稱重顯示器的方法與傳統(tǒng)檢測法相比較,進(jìn)行以下討論。

1稱重顯示器的概述

稱重顯示器、稱重傳感器和秤臺是電子衡器的三大組成部分。其中稱重顯示器的主要作用是通過稱重傳感器,測量出秤臺上被稱重物的質(zhì)量,并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號顯示出來。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步,稱重顯示器獲得了飛快發(fā)展,現(xiàn)多為數(shù)字式稱重顯示器。它不僅能將被稱物的質(zhì)量值迅速、準(zhǔn)確地變成簡單易讀的數(shù)字形式,而且能完成置零、零點(diǎn)跟蹤、去皮、自檢、校驗(yàn)等多種控制功能。

2稱重顯示器的基本特點(diǎn)

稱重顯示器內(nèi)設(shè)激勵(lì)電源,絕大多數(shù)為直流穩(wěn)壓電源,一般為(5~20)V左右,未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電壓校準(zhǔn);內(nèi)分辨力遠(yuǎn)高于外顯分度值,最低不小于4倍;激勵(lì)電源輸出電流為200mA左右,能同時(shí)滿足6-8只傳感器并聯(lián)使用,采取四線接法,以減少傳輸損耗,保證傳感器供橋電壓穩(wěn)定;以kg、t等質(zhì)量單位來標(biāo)度;分度值按1、2、5形式來顯示;4個(gè)準(zhǔn)確度等級與非自動(dòng)衡器的相對應(yīng);誤差不大于相應(yīng)衡器的二分之一允差等。

3顯示器的結(jié)構(gòu)原理

數(shù)顯式稱重顯示器(以下簡稱顯示器)的品種很多,目前多以電阻式稱重傳感器為服務(wù)對象,為它們提供橋路,取傳感器輸出電壓信號(最常見的是幾至幾十毫伏的模擬電壓),經(jīng)放大濾波、A/D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算處理等環(huán)節(jié),最后顯示出結(jié)果。這種模式是當(dāng)前顯示器的主要類型。在額定載荷下,傳感器輸出電壓信號大小與供橋電壓數(shù)值嚴(yán)格成比例關(guān)系,這就是所說的輸出靈敏度,一般用mV/V來表示。顯示器就是采用電壓比例測量,即:在顯示器中,將部分橋壓作為A/D轉(zhuǎn)換器的參考基準(zhǔn),而輸人A/D轉(zhuǎn)換器的放大的傳感器電壓信號就同它相比較。若橋壓增大,則放大的電壓信號也隨之增大;反之,兩者都變小,當(dāng)稱重傳感器施加壓力不變時(shí),保持相互比值恒定不變。電壓比法測量可以消除和克服激勵(lì)電源提供的電壓不穩(wěn)定所帶來的不良后果,同時(shí)由于不需要作穩(wěn)壓檢測降低了顯示器的造價(jià)成本。

4稱重顯示器的檢測方法

在衡器制造計(jì)量器具許可證考核必備條件中有提到,6位半以上數(shù)字電壓表(準(zhǔn)確度優(yōu)于1uV)和標(biāo)準(zhǔn)信號源(準(zhǔn)確度優(yōu)于0.01%)是必備的檢測設(shè)備,于是很多技術(shù)人員誤認(rèn)為應(yīng)該選用標(biāo)準(zhǔn)電壓源法(標(biāo)準(zhǔn)源+數(shù)字電壓表)和電位差計(jì)法(電位差計(jì)+數(shù)字電壓表）進(jìn)行顯示器的檢測。其實(shí)這兩種檢測法的測量特點(diǎn)和原理都存在著缺陷:稱重顯示器分辨力非常高,1d代表的電壓在uV量級,激勵(lì)電壓短期穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于該量級,稱重顯示器和數(shù)字電壓表讀數(shù)不可能完全同步,讀數(shù)過程的變化遠(yuǎn)高于uV量級,導(dǎo)致測量出的比值不是真實(shí)值,測量出顯示器誤差并不真實(shí)。

與以往的標(biāo)準(zhǔn)電壓源、電位差計(jì)、傳感器等檢測方法相比,用信號模擬器作標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測顯示器具有以下特點(diǎn):

4.1自身帶有輸入回路

與標(biāo)準(zhǔn)電壓源法和電位差計(jì)法不同,信號模擬器自身帶有輸入回路,因此不需要數(shù)字電壓表作監(jiān)測儀表,也避免了數(shù)字電壓表傳遞環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差;標(biāo)準(zhǔn)傳感器法雖然也不需要外加監(jiān)測儀表,但其精度偏低,若要達(dá)到高精度,還需要考慮側(cè)向力附加影響。

4.2性價(jià)比高

標(biāo)準(zhǔn)電壓源最早是為了滿足數(shù)字電壓表檢測或校準(zhǔn)才發(fā)展起來的,它們的輸出電壓范圍很寬,上至1000V,下至0.01uV,設(shè)備昂貴,一臺近萬元;而顯示器所需的輸入電壓信號在幾十毫伏的范圍上,如果用穩(wěn)壓源來為其提供輸入電壓信號,其資源未得到充分利用,同時(shí)相對精度也不高。電位差計(jì)雖然較標(biāo)準(zhǔn)電壓源便宜,通常在幾千元,但其主要是用于校準(zhǔn)或檢測直流電壓的,還需要外加標(biāo)準(zhǔn)電池、檢流計(jì)等輔助電源,為了保障供壓穩(wěn)定,就需要選取大容量的輔助電源(其額定電流應(yīng)該達(dá)到上千倍工作電流)。如果采用信號模擬器就相對經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的多,隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展,現(xiàn)在一臺也就千元左右,且不需要其它輔助設(shè)備。

4.3工作參數(shù)與顯示器匹配

顯示器為傳感器提供的電阻橋路可視為一個(gè)無源四端網(wǎng)絡(luò),它內(nèi)設(shè)激勵(lì)電源,自身帶有輸入回路、輸出回路及相應(yīng)的電阻。信號模擬器正是采用專門設(shè)計(jì)的電阻網(wǎng)絡(luò)代替了傳感器電阻應(yīng)變式橋路,兩者的輸入電阻、輸出電阻及回路狀態(tài)等效一致,保持了檢測和使用情況相符合,從而保證了檢測精度。這是標(biāo)準(zhǔn)電壓源和電位差計(jì)兩種檢測方法所不具備的。標(biāo)準(zhǔn)傳感器法的最大優(yōu)點(diǎn)倒是與顯示器的實(shí)際使用情況相符,依靠力傳感器的力電轉(zhuǎn)換精密關(guān)系獲得的,但其造價(jià)高,配備一臺同樣需要花費(fèi)近萬元。

4.4噪聲小、穩(wěn)定性高

信號模擬器的電阻網(wǎng)絡(luò)特殊制作,具有對稱性好,抗干擾能力強(qiáng),紋波噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。與之相比,標(biāo)準(zhǔn)電壓源法、電位差計(jì)法及標(biāo)準(zhǔn)傳感器法都需要在恒溫室內(nèi)進(jìn)行,且檢測程序繁復(fù),易受外界干擾。

4.5操作簡單、使用便捷、無需恒溫

標(biāo)準(zhǔn)傳感器是通過力電轉(zhuǎn)換一一對應(yīng)關(guān)系來檢測顯示器的,雖然其輸出端與顯示器可直接連接,無需外加監(jiān)測儀表,但為了控制準(zhǔn)確的力值,需要人工加卸載荷,且與標(biāo)準(zhǔn)電壓源法和電位差計(jì)法一樣,都需要在恒溫室內(nèi)進(jìn)行,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,工作效率低。而信號模擬器體積小、便于攜帶,且標(biāo)識清楚,接通后,只需通過輕轉(zhuǎn)旋鈕即可進(jìn)行操作試驗(yàn),完成檢測工作,操作簡單,工作效率高。

4.6整機(jī)檢測,采用電壓比法測量

如上面所提到的,顯示器采用電壓比例測量,因此在對其檢測時(shí),用與其同樣電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的信號模擬器來檢測,可以實(shí)現(xiàn)電壓比例測量,其負(fù)載阻抗穩(wěn)定,滿足顯示器的要求,而無需對顯示器內(nèi)部的激勵(lì)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓校準(zhǔn),這是信號模擬器法檢測顯示器的最顯著也是最重要的特點(diǎn)。但標(biāo)準(zhǔn)電壓源法和電位差計(jì)法中,其輸入電壓信號與顯示器內(nèi)部基準(zhǔn)電壓是不相關(guān)的,人為地采取將顯示器的輸入電壓與輸出電壓分開測量,然后再綜合評比的方法,這是非常不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/span>

5結(jié)束語

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字式稱重顯示器的應(yīng)用將更加普及,技術(shù)指標(biāo)越來越高,采用信號模擬器法對顯示器進(jìn)行檢測,簡單便捷,精度高,穩(wěn)定性好,是應(yīng)該推薦開來的科學(xué)合理的檢測方法。

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