电子衡器基础知识

电子衡器基础培训教材梅特勒－托利多工业业务市场部客户培训中心电子衡器根底学问一、电子衡器概论衡器、秤及天平的概念衡器是利用作用于物体上的重力等各种称量原理，确定物体的质量或作为质量函数的其他量值、数值、参数或特性的一种计量仪器，又称衡量仪器、称量仪器或称重仪器。当用于贸易结算、平安防护、环境监测和医疗卫生领域时，在我国属承受强迫检定的计量器具之一。秤是一般精确度级和〔或〕中精确度级的非自动衡器，以及具有相应静态精确度级的自动衡器的总称。天平天平是高精确度级和〔或〕特种精确度级的衡器。电子衡器概念装有电子装置的衡器。电子装置是指将电信号转换成数字信号的机电装置。衡器术语非自动衡器：称量过程中须要人员操作〔例如向承载器加放或卸去载荷或获得称量结果〕的秤。自动衡器：称量过程中不须要操作都参及，并根据预定的程序自开工作的衡器。最大称量〔〕：不计算添加皮重在内的最大称重实力。分度值：实际分度值〔d〕：以质量单位表示的下述数值。对模拟示值，系指相邻两个刻线对应值之差对数字示值，系相邻两个示值之差。检定分度值〔e〕：用于对秤分级和检定时运用的、以质量单位表示的值。检定分度数〔n〕：最大秤量及检定分度值之商。最小秤量〔〕：载荷小于该值时，称量结果可能产生过大的相对误差。称量范围：最小秤量及最大秤量之间的范围。二、电子衡器组成秤台显示仪表传感器外设接线盒全电子衡器按组成部分可分为以下四部分：1、称重传感器：将加到称台上的重量信号转变为成比例的电信号输出。2、称重显示仪表：将传感器输出的模拟信号经放大、滤波、转换、数字处理后在显示屏上显示。3、秤体部分：承重部分，机械构造上还可分为秤台、位移限位、卸荷锣栓；电气上有接线盒、信号电缆等。接线盒作用：在多传感器系统中平衡传感器输出信号信号电缆作用：将传感器信号送至显示仪表4、外部设备：指连接在显示仪表的信号输出端口，接收仪表输出信号的设备；常见的外部设备有打印机、大屏幕显示器、计算机管理系统；另外还有模拟量输出、光纤输出、固态继电器输出等。三、应变式称重传感器１、传感器工作原理弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它外表的电阻应变片也伴同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变更，再经相应的测量电路把这一电阻值变更转换为电信号输出，从而完成将外力转变为电信号的过程。〔１〕电阻应变片：是把一根电阻丝机械地布置在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。箔式单轴片、箔式双轴片〔２〕弹性体：承受外力，产生反作用力，到达相对静平衡。产生高品质的应变场。〔３〕检测电路：把电阻应变片的电阻变更转变为电压信号输出。因为惠斯登电桥具有许多优点，如可以抑制温度变更的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较便利地觧决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一样，各种干扰的影响简洁相互抵消，所以称重传感器均承受全桥等比电桥，参看以下图。BBR1R4R3R2CD-U0A+-+从图中，流经R1，R2的电流为：I1=÷(R12)1×I1=1÷(R12)流经R3，R4的电流为I2=÷(R34)R4×I2=4÷(R34)—=4÷(R34)—1÷(R12)=×〔R2R4—R1R3〕÷[(R12)×(R34)]=U0〔1〕-2、零点补偿虽然电阻应变计经过细心选择使其阻值尽量相等，但很难确定一样。另外，即使能选择出电阻相等的应变计，经过贴片过程，电阻值还会发生变更。所以其桥路不平衡是确定的。使传感器在不承重时的输出为U0等于零所进展的调整称为零点补偿。零点补偿有桥臂中串联电阻法，并联电阻法和外加电压法三种。本公司承受串联法零点补偿。零点补偿方法从图中，R1、R2、R3、R4为四个桥臂电阻，为桥路激励电压电源。由〔1〕式可知，假设U0＞0，则R2R4—R1R3＞0，此时可在桥臂1或桥臂3中串一个电阻〔铜丝或镍铜片〕R0，使R2R4=〔R10〕R3到达零点补偿的目的。零点补偿的任务首先是确定零点补偿电阻应串入哪一个桥臂，其次是确定这个电阻值是多大，最终确定铜丝有多长，补偿前必需测U0并规定桥路电压的正方向，使它及桥路的正方向一样。如下图，供桥电压的正端接A点，负端接C点。桥路输出端B点的电位高于D点，则U0为正，反之U0为负。根据测出U0的正负，用图很简洁确定R0应串入哪一个桥臂。串入R0后，则产生一个电压降0，假设这个电压降及U0大小相等，则抵消掉U0，考虑到串入的电阻R0远小于桥臂电阻R，因此支路电流÷(R120)=÷(20)≈÷2R〔2〕U00=÷2R×R0(3)R0=2R×U0〔4〕假设铜丝单位长度的电阻为r0,设零点补偿所需铜丝长度为LL=R0÷r0=2R×U0÷÷r0=2R÷r0×U0÷〔5〕根据〔4〕，〔5〕计算出的零点补偿电阻，用特别方法绕好后，经老化处理再接入传感器电桥由试验作精细调整。当然传感器还有零点温度补偿，弹性模量温度补偿，蠕变补偿等，我们就不逐个描绘，如有爱好，这方面的书籍较多，读者可以作进一步探讨.3、传感器常用技术参数额定容量：消费厂家给出的称量范围的上限值。〔t、、g〕额定输出(灵敏度)：加额定载荷时和无载荷时，传感器输出信号的差值。〔〕灵敏度允差：传感器的实际额定输出及对应的标准额定输出之差对该标准额定输出的百分比。非线性：由空载荷的输出值和额定载荷时的输出值所确定的直线和增加负荷之实测曲线之间最大偏向对额定输出值的百分比。重复性误差：在一样的环境条件下，对传感器反复加荷到额定载荷并卸载。加荷过程中同一负荷点上输出值的最大差值对额定输出的百分比。蠕变：在负荷不变〔一般取为额定载荷〕，其它测试条件也保持不变的情形下，称重传感器输出随时间的变更量对额定输出的百分比。零点输出：在举荐电压激励下，未加载荷时传感器的输出值对额定输出的百分比。绝缘阻抗：传感器的电路和弹性体之间的直流阻抗值。输入阻抗：电源激励输入端短路，传感器未加载荷时，从信号输出端测得的阻抗。温度补偿范围：在此温度范围内，传感器的额定输出和零平衡均经过严密补偿，从而不会超出规定的范围。零点温度影响：环境温度变更引起的零平衡变更。一般以温度第化10K时，引起的零平衡变更量对额定输出的百分比来表示。额定输出温度影响：环境温度的变更引起的额定输出变更。一般以温度每变更10K引起额定输出的变更量对额定输出的百分比来表示。运用温度范围：传感器在此温度范围内运用其任何性能参数均不会产生永久性有害变更。4、称重传感器选用的一般规则1〕构造、型式的选择主要看衡器的构造和运用的环境条件，还有一个要考虑的因素是，修理的便利及否及所需费用。2〕量程的选择称重系统的称量值越接近传感器的额定容量，则其称量精确度就越高，但在实际运用时，由于存在秤体自重、皮重及振动、冲击、偏载等，因此不同称量系统选用传感器的量限的原则有很大差异。一般原则有：a单传感器静态称重系统固定负荷〔秤台、容器等〕＋变动负荷〔需称量的载荷〕≤所选用传感器的额定载荷×70%b多传感器静态称重系统固定负荷〔秤台、容器等〕＋变动负荷〔需称量的载荷〕≤所选用传感器的额定载荷×所配传感器个数×70%其中70%的系数即是考虑振动、冲击、偏载等因素而加的。四、接线盒接线盒在多传感器称重系统中，传感器承受全并联方式联接。模拟接线盒：接线盒分7孔及5孔。前者用于6线制传感器，后者用于4线制传感器。接线盒相当于一个无源电阻网络，它为每个传感器打算了一个低温度系数精细可调电阻，及传感器的输出端并联。当调整盒内某个可调电阻时，相当于变更了这只传感器的输出阻抗。这样，就使得称重系统所运用的每只传感器的输出阻抗在一个小范围内可以调整。接线方法：传感器色标及名称：－005及－007接线示意图－015型接线盒示意图3、调整电阻调整四角误差，调整电阻向顺时针方向值加大，调整电阻向逆时针方向值减小，调整时向最小值靠拢，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我们把全部角的值均调到9.9T，然后加50%满量程砝码校正。数字接线盒五、显示仪原理1、显示仪组成2、放大器传感器输出信号一般为毫伏级的信号，进入仪表后经由放大器放大为伏级的信号。3、滤波器是为了获得稳定和精确的直流电压所必需的电路。仪表的转换将模拟信号转换为数字信号供微处理器处理在秤进展标定时，设砝码值为F1=30000,传感器信号经放大，滤波后输入转换器时为，此时1接通,则对电容C进展充电，时间为定值T1，充电量为.接着k2接通,然后用一个极性及相反的电压对电容C进展放电，直至把电容C中的电量放光，时间为T2。在放电的同时，计数器开始计数，假设计数器值为K1=300000,则仪表将(K1=30000K2=300000)自动存入内存.当任一重量F2加至秤台，电容C放电时间为T3`，放电完毕后计数器值为K2=250000则:F212/T3=K2/K则F21=K2/K1F1=30000K1=300000K2=250000F2=30000×(250000÷300000)=250005、微处理器是称重仪表进展数据处理的核心部件。根据仪表性能和功能的不同要求可选择不同档次。6、显示器和键盘显示器和键盘为称重仪表的人机界面。7、接口称重仪表的接口主要供连接外部设备用。1〕串口的几种形式：232〔最远传输间隔为15m，用于计算机或打印机〕485422〔最远传输间隔为600m，用于大屏幕或计算机。〕20电流环〔最远传输间隔为300m,用于大屏幕〕2〕并口一般干脆用于打印机8、电源给称重仪表的电路供应电源和给传感器供应激励电压。电源供电方式有直流和沟通两种。直流供电可承受沟通适配器供电，也可承受电池供电。沟通供电的仪表一般内部有电源变压器，其输入电压范围比较窄。检定规程一：名词说明检定：为评定秤的计量性能，确定其是否符合法定要求所做的全部工作。首次检定：对从未检定的秤进展的检定a新制造、新安装的秤b进口秤的检定随后检定：秤首次检定后的检定a周期检定b修理后的检定c新投入运用的强迫检定的秤，运用前申请的检定d周期检定周期未到前的检定运用中检定检验运用中的秤是否符合计量检定规程的要求，是否处于良好的工作条件，运用是否正确、牢靠。：国际法制计量组织()是一个从事法制计量工作的政府间组织。195510月12日根据美国、联邦德国等24个国家在巴黎签署的国际法制计量组织公约成立。它的最高权利构造是国际法制计量大会()，一般每四召开一次。指导和询问构造是法制计量委员会()，每两召开一次。常设构造是国际法制计量局()，局址设在法国巴黎。

由每个成员国的一名代表组成。这些代表由其本国政府指定，必需是主管计量器具部门的在职官员，或者是在法制计量部门担当正式职务者。

的主要任务是：搜集各国法制计量机构及法制计量器具的文献和情报，确定法制计量的一般原则，制定并举荐国际性计量技术法规，组织新检定方法和国际沟通，协调国际间制造、运用和检定计量器具中出现的技术和管理问题，推动国际计量立法的一样和促进国际贸易，促进成员国主管法制计量部门的联络。

向成员国推动的技术法规有两种：国际建议和国际文件。截至19981月已制定国际建议126个、国际文件26个。

截至19981月，共有55个正式成员，46个通讯成员

经国务院批准，我国已参与，19854月25日起成为正式成员国。R文件：国际建议，确立规程的样板、计量特征D文件：国际文件，确立资料、改进方法R76号文件：非自动衡器国际建议：美国〔)认证二、计量原则计量单位克〔g〕、千克或公斤()、吨〔t)计量要求的原则适用于全部的秤，及秤的称量原理无关划分秤的精确度等级的根据是：A检定分度值e，表示确定精确度B检定分度数n，表示相对精确度三、非自动衡器分级精确度级别检定分度值检定分度数n最小称量(下限)最小最大特种精确度Ig≤e50000－100e高精确度g≤e≤1001000020eg≤e50001000050e中精确度g≤e≤2g1001000020e5g≤e5001000020e一般精确度5g≤e100100010e四、误差非自动衡器的最大允许误差首次检定最大允许误差运用中误差精确度级别中精确度一般精确度±０≤m≤500e０≤m≤50e±500＜m≤2000e50＜m≤200e±2000＜m≤10000e200＜m≤1000e自动衡器的最大允许误差精确度级别称量值的相对误差％首次检定运用中自动衡器的静态精确度，是它按非自动衡器检定方法检定时应到达的精确度。对于0.2级及0.5级自动衡器，其静态精确度通常应符合非自动衡器的中精确度要求。而对于1.0级及2.0级自动衡器，其静态精确度等级通常应符合非自动衡器的一般精确度要求。贸易结算用秤：国家规定，用于贸易结算的秤，其最小检定分度数对于三级秤，n³1000误差计算方法 E=I+0.5e--m其中：E 为误差 I 为加载后的示值所加的感量砝码 m 标准砝码例1：一台5g的秤，加放1砝码，示值为1000g，然后加0.5g的小砝码，直至示值由1000g变成1005g，此时小砝码之和为1.5g，求