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0 引言
隨著稱重儀表的應(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 電子稱重儀表對各類稱重儀表進(jìn)行型式評價試驗和計量性能檢測, 在試驗過程中所使用標(biāo)準(zhǔn)檢驗儀器的合理性、檢測方法的正確性及檢驗規(guī)則的邏輯性等都會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儀表的方法與傳統(tǒng)檢測法相比較, 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)確地變成簡單易讀的數(shù)字形式, 而且能完成置零、零點跟蹤、去皮、自檢、校驗等多種控制功能。
2 稱重儀表的基本特點
稱重儀表內(nèi)設(shè)激勵電源, 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; 激勵電源輸出電流為200mA 左右, 能同時滿足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 個準(zhǔn)確度等級與非自動衡器的相對應(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)顯式稱重儀表( 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, 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電源提供的電壓不穩(wěn)定所帶來的不良后果, 同時由于不需要作穩(wěn)壓檢測降低了顯示器的造價成本。
4 稱重儀表的檢測方法
在衡器制造計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)信號源( 準(zhǔn)確度優(yōu)于001%) 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, 如圖2 為電位差計法原理框圖) 和電位差計法( 電位差計+ 數(shù)字電壓表, 如圖3 為電位差計法原理框圖) 進(jìn)行顯示器的檢測。其實這兩種檢測法的測量特點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, 激勵電壓短期穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于該量級, 稱重儀表和數(shù)字電壓表讀數(shù)不可能完全同步, 讀數(shù)過程的變化遠(yuǎn)高于V 量級, 導(dǎo)致測量出的比值不是真實值, 測量出顯示器誤差并不真實。
與以往的標(biāo)準(zhǔn)電壓源、電位差計、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:
4．1 自身帶有輸入回路
與標(biāo)準(zhǔn)電壓源法和電位差計法不同, 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001V, 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, 同時相對精度也不高。電位差計雖然較標(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無源四端網(wǎng)絡(luò), 它內(nèi)設(shè)激勵電源, 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)點倒是與顯示器的實際使用情況相符, 依靠力傳感器的力電轉(zhuǎn)換精密關(guān)系獲得的, 但其造價高, 配備一臺同樣需要花費近萬元。
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。與之相比, 標(biāo)準(zhǔn)電壓源法、電位差計法及標(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法一樣, 都需要在恒溫室內(nèi)進(jìn)行, 費時費力, 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, 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, 用與其同樣電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的信號模擬器來檢測, 可以實現(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。但標(biāo)準(zhǔn)電壓源法和電位差計法中, 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?br /> 5 結(jié)束語
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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