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高精度电子天平的设计与应用研究

杨培林  
【摘要】:早期的机械天平其精度可以调整得很精确,但有很多缺点,使其应用受到了很大限制;而现代科学技术以及工农业的发展和需求,使天平需具有快速、准确、连续、自动等特点;同时,可以有效地消除人为误差,使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。只有现代传感器技术、电子技术和计算机技术结合在一起的电子天平才能达到这样的要求。高精度电子天平不仅依赖于传感器设计技术、工艺技术的不断提高,还有赖于传感器应用技术的不断改进和应用领域的不断开拓。 本文设计的电子天平中,选用了电阻应变式传感器,它具有制作方便、工艺成熟、价格便宜、精度高、稳定性好及已有系列产品等方面的独到长处。其工作原理基于四个基本的转换环节(重力)—应变(ε)—电阻变化(⊿R)——电压输出(⊿U)。应变式传感器的设计技术和工艺技术日趋完善,测量精度和使用可靠性日趋提高,至今它已几乎应用到了所有称量领域和各种测力领域。 由于传感器是信息采集的首要部件,它采集的数据其误差大小对结果影响很大,因此传感器在高精度电子天平中起着很重要的作用,而传感器的输出特性都存在一定的非线性,因而对传感器输出特性的线性化、非线性误差校正或传感器非线性特性的研究成为国内外研究的一项重要课题。为了削弱或消除干扰信号的影响,提高系统精度,本文对传感器采集的信号与对应的实际值往往存在非线性这一问题上,采用的线性化处理方法是,用微机逻辑辨识曲线的分段特征并根据拟合准确度要求自适应的确定分段区间和拟合多项式的次数的这种方法。正是由于微处理机可以利用任何数学上可定义的函数来修正力传感器的输出特性,所以对力传感器的制作和补偿技术也带来了革新,经过研究和使用,本文采用的这种方法可很好的解决传感器输出非线性的问题,使电子天平在更广阔的领域内也得到了应用。 在本论文设计中,还对传感器的选用、安装作了详细的阐述,在设计中对它的零点漂移、稳定性进行专门处理;通过扩展微机的外部接口功能对电子天平称量的数据进行远距离传输和处理。和以前的电子天平比较,高精度电子天平的精度由常见的较高精度0.1~0.01g到现在的精度0.001g。


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