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0 引言
隨著稱重儀表的應(yīng)用普及, 人們對(duì)其主要技術(shù)性能及基本控制功能更加深入了解, 對(duì)其質(zhì)量要求不斷提高, 其檢測(cè)也就顯得十分必要。依據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG649- 1990 數(shù)字稱重儀表和GB/T7724- 2008 電子稱重儀表對(duì)各類稱重儀表進(jìn)行型式評(píng)價(jià)試驗(yàn)和計(jì)量性能檢測(cè), 在試驗(yàn)過(guò)程中所使用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)儀器的合理性、檢測(cè)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(hào)模擬器作標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)裝置來(lái)檢測(cè)稱重儀表的方法與傳統(tǒng)檢測(cè)法相比較, 進(jìn)行以下討論。
1 稱重儀表的概述
稱重儀表、稱重傳感器和秤臺(tái)是電子衡器的三大組成部分。其中稱重儀表的主要作用是通過(guò)稱重傳感器, 測(cè)量出秤臺(tái)上被稱重物的質(zhì)量, 并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)顯示出來(lái)。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步, 稱重儀表獲得了飛快發(fā)展, 現(xiàn)多為數(shù)字式稱重儀表。它不僅能將被稱物的質(zhì)量值迅速、準(zhǔn)確地變成簡(jiǎn)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 稱重儀表的基本特點(diǎn)
稱重儀表內(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(lái)標(biāo)度; 分度值按1、2、5 形式來(lái)顯示; 4 個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)與非自動(dòng)衡器的相對(duì)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)顯式稱重儀表( 以下簡(jiǎn)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(duì)象, 為它們提供橋路, 取傳感器輸出電壓信號(hào)( 最常見(jiàn)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( 如圖1 是顯示器的原理框圖) 。在額定載荷下, 傳感器輸出電壓信號(hào)大小與供橋電壓數(shù)值嚴(yán)格成比例關(guān)系, 這就是所說(shuō)的輸出靈敏度, 一般用mV/ V 來(lái)表示。顯示器就是采用電壓比例測(cè)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(hào)就同它相比較。若橋壓增大, 則放大的電壓信號(hào)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(cè)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(lái)的不良后果, 同時(shí)由于不需要作穩(wěn)壓檢測(cè)降低了顯示器的造價(jià)成本。
4 稱重儀表的檢測(cè)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1V) 和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源( 準(zhǔn)確度優(yōu)于001%) 是必備的檢測(cè)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, 如圖2 為電位差計(jì)法原理框圖) 和電位差計(jì)法( 電位差計(jì)+ 數(shù)字電壓表, 如圖3 為電位差計(jì)法原理框圖) 進(jìn)行顯示器的檢測(cè)。其實(shí)這兩種檢測(cè)法的測(cè)量特點(diǎn)和原理都存在著缺陷: 稱重儀表分辨力非常高, 1d 代表的電壓在V 量級(jí), 激勵(lì)電壓短期穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于該量級(jí), 稱重儀表和數(shù)字電壓表讀數(shù)不可能完全同步, 讀數(shù)過(guò)程的變化遠(yuǎn)高于V 量級(jí), 導(dǎo)致測(cè)量出的比值不是真實(shí)值, 測(cè)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(cè)方法相比, 用信號(hào)模擬器作標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測(cè)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(hào)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(cè)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(cè)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(cè)或校準(zhǔn)才發(fā)展起來(lái)的, 它們的輸出電壓范圍很寬, 上至1000V,下至001V, 設(shè)備昂貴, 一臺(tái)近萬(wàn)元; 而顯示器所需的輸入電壓信號(hào)在幾十毫伏的范圍上, 如果用穩(wěn)壓源來(lái)為其提供輸入電壓信號(hào), 其資源未得到充分利用, 同時(shí)相對(duì)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(cè)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(hào)模擬器就相對(duì)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(tái)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(wú)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(hào)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(cè)和使用情況相符合, 從而保證了檢測(cè)精度。這是標(biāo)準(zhǔn)電壓源和電位差計(jì)兩種檢測(cè)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(tái)同樣需要花費(fèi)近萬(wàn)元。
4．4 噪聲小、穩(wěn)定性高
信號(hào)模擬器的電阻網(wǎng)絡(luò)特殊制作, 具有對(duì)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(cè)程序繁復(fù), 易受外界干擾。
4．5 操作簡(jiǎn)單、使用便捷、無(wú)需恒溫
標(biāo)準(zhǔn)傳感器是通過(guò)力電轉(zhuǎn)換一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)檢測(cè)顯示器的, 雖然其輸出端與顯示器可直接連接, 無(wú)需外加監(jiān)測(cè)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(hào)模擬器體積小、便于攜帶, 且標(biāo)識(shí)清楚, 接通后, 只需通過(guò)輕轉(zhuǎn)旋鈕即可進(jìn)行操作試驗(yàn), 完成檢測(cè)工作, 操作簡(jiǎn)單, 工作效率高。
4．6 整機(jī)檢測(cè), 采用電壓比法測(cè)量
如上面所提到的, 顯示器采用電壓比例測(cè)量, 因此在對(duì)其檢測(cè)時(shí), 用與其同樣電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的信號(hào)模擬器來(lái)檢測(cè), 可以實(shí)現(xiàn)電壓比例測(cè)量, 其負(fù)載阻抗穩(wěn)定, 滿足顯示器的要求, 而無(wú)需對(duì)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(hào)模擬器法檢測(cè)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(hào)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(kāi)測(cè)量, 然后再綜合評(píng)比的方法, 這是非常不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?br /> 5 結(jié)束語(yǔ)
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展, 數(shù)字式稱重儀表的應(yīng)用將更加普及, 技術(shù)指標(biāo)越來(lái)越高, 采用信號(hào)模擬器法對(duì)顯示器進(jìn)行檢測(cè), 簡(jiǎn)單便捷, 精度高, 穩(wěn)定性好, 是應(yīng)該推薦開(kāi)來(lái)的科學(xué)合理的檢測(cè)方法。

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