电子衡器基础知识

1、电子衡器基础知识电子衡器基础培训教材梅特勒一托利多工业业务市场部客户培训中心电子衡器基础知识一、电子衡器概论(1) 衡器、秤及天平的概念(2) 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、安全防护、环境监测和医疗卫生领 域时，在我国属接受强制检定的计量器具之O(3) 秤是普通准确度级和(或)中准确度级的非自动 衡器，以 及具有相应静态准确度级的自动衡器的总 称。(4) 天平天平是高准确度级和(或)特种准确度级的衡器V(5) 电子衡器概念装有电子装置的衡器。电子装置是指将

2、电信号转 换成数 字信号的机电装置。(6) 衡器术语(7) 非自动衡器：称量过程中需要人员操作(例如向承载 器加放或卸去载荷或取得称量结果)的秤。(8) 自动衡器：称量过程中不需要操作都参与，并按照 预定的程序自动工作的衡器。(9) 最大称量(Max):不计算添加皮重在内的最 大称重能 力。(10) 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使用的、以质量 单位表示的值。(11) 检定分度数(n):最大秤量与检定分度值 之商。(12) 最小秤量(Min ):载荷小于该值时，

3、称量 结果可 能产生过大的相对误差。(13) 称量范围：最小秤量与最大秤量之间的范围。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、A/D转换、数字处理后在显示屏上显示。3、秤体部分：承重部分，机械结构上还可分为秤台、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

4、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，使粘贴在它表面的 电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变 形后，它的阻 值将发生变化，再经相应的测量电路 把这一电阻值变化转 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，达到相对静平 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化转变为 电压信号 输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温 度变化 的

5、影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方 便地鮮决称重 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，各臂参数一致, 各种干扰的影响容易互相抵消，所以称重传感器均采用全 桥等比电桥，参看下图。+从图中,ADU流经Ri, R2的电流为:Uab=R 1 x Ii二 UiRi +Uad= R4 X 12= UiR4 -Ii二 Ui 十(R1+R2)(R1+R2)流经R3, R4的电流为12= Ui 十(R3+R4)(R3+R4)UBD=UAD _ UAB二UiR4- ( R3+R4) UiRi * (R1+R2)二Ui x ( R2R4 RiRs) (

6、R1+R2) x (R3+R4)=Uo2、零点补偿虽然电阻应变计经过精心挑选使其阻值尽量相等，但 很难绝对一致。另外，即使能挑选出电阻相 等的应变计， 经过贴片过程，电阻值还会发生变化。所以其桥路不平衡 是绝对的。使传感器在不承重时的输出为Uo等于零所进行 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。本公司采用串联法零点补 偿。零点补偿方法从图中，Ri、R2、R3、R4为四个桥臂电阻，Ui为桥路 激励电压电源。由式可知,若U0 0,则R2R4 RiRs0,此时可 在桥臂1或桥臂3中串一个电阻(铜丝或银 铜片)R。,使 R2R4二(Ri+Ro) R3达到零点补偿

7、的目的。零点补偿的任务 首先是决定零点补偿电阻应串入哪一个桥臂，其次是决定 这个电阻值是多大，最后决定铜丝有多长，补偿前必须测U。并规定桥路电压的正方向，使它与桥路的正方向相同。 如图所示，供桥电压的正端接A点，负端接C点。桥路输 岀端B点的电位高于D点，贝UU。为正，反之U。为负。 根据测出U。的正负，用图很容易决定R。应串入哪一个桥 臂。串入R。后，则产生一个电压降IR。，如果 这个电压降 与U。大小相等，则抵消掉U。,考虑到串入的电阻R。远小于 桥臂电阻R,因此支路电流I二 U i - （Ri+R2+R。）二 Ui - （2R+R。）Ui - 2R （2）U=IR。二 Ui 十 2 RX

8、 RoR。二 2RX UoUi （4）如果铜丝单位长度的电阻为5设零点补偿所需铜丝长度为LL = Ro r0 =2R X Uo Ui r =2R r。X U。一 Ui （5）根据（4） ,（5）计算出的零点补偿电阻，用特殊方法绕好后，经老化处理再接入传感器电桥由实验 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，我们就不逐个描述，如有兴趣，这方面的书籍较多， 读者可以作进一步研究.3、传感器常用技术参数额定容量：生产厂家给出的称量范围的上限值。（t、 kg、 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。（mv/v）灵敏度允差：传感器的实际

9、额定输出与对应的标准额定输岀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 决定的直线和增加负荷之实测曲线之间最大 偏差对额定输出 值的百分比。重复性误差：在相同的环境条件下，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化量对 额定输出的百分比。零点输出：在推荐电压激励下，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

10、， 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：环境温度变化引起的零平衡变化。一般 以温度第化10K时，引起的零平衡变化量对额定输出的百 分比来表示。额定输出温度影响：环境温度的变化引起的额定 输出变化。一般以温度每变化10K引起额定输出的 变化量对额定 输出的百分比来表示。使用温度范围：传感器在此温度范围内使用其任 何性能 参数均不会产生永久性有害变化。4、称重传感器选用的一般规则1）结构、型式的选择主要看衡器的结构和使用的环境条件，还有一个要考虑 的因素是，维修的方便与否及所需费用。2）量程的选择

11、称重系统的称量值越接近传感器的额定容量，则 其称量 准确度就越高，但在实际使用时，由于存在 秤体自重、皮重 及振动、冲击、偏载等，因而不同称量系统选用传感器的 量限的原则有很大差别。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）W所选用传感器的额定载荷X 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）w所选用传感器的额定载荷x所配传 感器个数X 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，传感器采用全并联方式 联接。模拟接线盒：接线盒分7孔与5孔。前者用于6线制传感器，后

12、者用 于4线制传感器。接线盒相当于一个无源电阻网络，它为每个传感器准备 了一个低温度系数精密可调电阻，与传感 器的输出端并联。 当调节盒内某个可调电阻时，相 当于改变了这只传感器的输 出阻抗。这样，就使得 称重系统所使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:芯茂名称止激她曲i-JEffi屏板英文代E+EXCEXC+SEN-SEN+STG-SIGSHLD芯延馳色绿红剛绿AJB 005与AJB 007接线示意图PI:对应调接椅雄辭#iP2:对应调接传感器#2 丹对陨调接传悠器#3P4;对隔调接传雪器#4P5：对应调接传感辭塔P6:对应调按传廳器电注樹I(!)

13、4 F便用不PQ故“：传审带 的殺棒肚符圧骼H号对能不一样.接桂 时请辱阅衡躊的捲线阳时丁 AJB4MW醸搖域龍K静器邛不搖.AJB 015型接线盒示意图对应调接传感器机对应调播传蛾器#2时应调按传當器#3时咸谓按传惑器*4RI63、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10 T 9.9 T9.9 T第二角9. 95T第三角9.9 T第四角而乔我们把所有角的值均调至U 9.9 T量程舷码校正数字接线盒输出至蠱字式悦利上拔孩线喩oQQoCDCDNNeoo4- 5*4传tf#JMAGND-：CGND理BGMDCG

14、NDJ6#6A:B11 丄CGiJD : CGNDJ7+VAGNDCGNDCGNDMBGNDff2J8CGNDCGND二u a sj二应由卜级按线代绪人五、显示仪原理1、显示仪组成传感器一 A接线盒一 4放大器一滤波器一A/D换主处理器一接口电路一”外部设备协处理器一 A显示键盘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须的电路。(14)仪表的A/D转换将模拟信号转换为数字信号供微处理器处理在秤进行标定时，设祛码值为Fi=30000Kg,传感 器信 号经放大，滤波后输入A/D转换器时为Vx,此时,ki接通，

15、 则Vx对电容C进行充电，时间为定值Ti,充电量为Vc接 着k2接通，然后用一个极性与Vx相反 的电压Vref对电容 C进行放电，直至把电容C中的电量放光，时间为丁 2。在 放电的同时，计数器开始 计数，若计数器值为K 1=300000,则仪表将 (Ki=30000Kg K2=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TV,放 电结束后计数器值为K 2=250000则：F2/ Fi=T2 / T3二 K2/ Ki贝 y F2/ Fi= K2/ KiFl = 30000 KG Ki 二 300000K2 二250000F2= 30000Kg X （250000 - 300

16、000） = 25000Kg5、微处理器是称重仪表进行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：RS232 （最远传输距离为15m,用于计算机或打 印机）RS485/RS422 （最远传输距离为600m,用于大屏 幕或 计算机。）20mA电流环（最远传输距离为300m,用于大屏 幕）2）并口一般直接用于打印机8、电源给称重仪表的电路提供电源和给传感器提供激励 电压。 电源供电方式有直流和交流两种。直流供电可采用交流适配器供电，也可采用电池 供电。交流供电的仪表

17、一般内部有电源变压器，其输入 电压范 围比较窄。检走规程:名词解释检定：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：对从未检定的秤进行的检定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 修理后的检定bC新投入使用的强制检定的秤，使用前申请的检定d周期检定周期未到前的检定使用中检定检验使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，使用是否正确、可 靠。OIML国际法制计量组织(Orga ni sationIn ter natio nale de Metrologie Legale OIML)是一个从事法制计量工作的政府间组

18、织。1955年10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。它的最高权利结构是国际法制 计量大会(CGML,般每四年召开一次。领导和咨询结构是法制计量委员会 (CIML),每两年召开一次。常设结构是国际法制计量局 (BIML),局址设在法国巴黎。CIML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，必须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任正式职 务者。OIML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 并推荐国际性计量技术法规，组 织新检定方法和国际交 流，协调国际间制造、使

19、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致和促进国际贸易， 促进成员国主管法制计量部门的联系。OIML向成员国推进的技术法规有两种：国际建议和 国际文件。截至1998年1月已制定国际建 议126个、国 际文件26个。截至1998年1月，OIML共有55个正式成员，46个 通讯成员经国务院批准，我国已参加OIML, 1985年4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NTEP:美 国 NTEP ( NATIONAL TYPE EVALUATION PROGRAM U二、计量原

20、则计量单位克（g）、千克或公斤（kg）、吨（t）计量要求的原则适用于所有的秤，与秤的称量原理无关划分秤的准确度等级的依据是：A检定分度值e,表示绝对准确度e=dB 检定分度数n,表示相对准确度三、非自动衡器分级准确度级别检定分度值检定分度数nn=Max/e最小称量Min（下限）最小最大特种准确0.001g e50000100e度1高准确度II0.001g e0. 05g1001000020e0 lgw e50001000050e中准确度0.lg e 2g1001000020eIII5g e5001000020e普通准确度川15g e1001000lOe称量值的相对误差四、误差首次检定最大允许误

21、差MPE使用中误差准确度级别中准确度III普通准确度IIII+ 0. 5e土 1. 0e0 nrT 500e050e+ 1. 0e2. 0e500v mrc2000e50v mrc 200e+ 1. 5e=3. Oe2000v mrclOOOOe200vlOOOe非自动衡器的最大允许误差自动衡器的最大允许误差准确度级别首次检定使用中0.20. 10.20.50. 250.51.00.51.02.01.02.0自动衡器的静态准确度，是它按非自动衡器检定方法检定时应达到的准确度。对于0.2级与0.5级自动衡器，其静态准确度通常应符合非自动衡器的中准确度 要求。而对于1.0级与2.0级自动衡器，其 静态准确度等级 通常应符合非自动衡器的普通准确 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，n 1000误差计算方法E = I + 0. 5e-m-m其中：E为误差I为加载后的示值m所加的感量舷码m标准万去码例1 :一台d二5g的秤，加放lKg不去码，示值为 lOOOg,然后加0. 5g的小码，直至示值由1000g变成1005g,此时小舷码之和为1.5g,求