電子天平原理及四角誤差和線性誤差的調(diào)修

徐娜

[摘 要]電子天平在很多領(lǐng)域都得到了十分廣泛的應(yīng)用，所以在應(yīng)用的過程中，我們應(yīng)該首先對(duì)電子天平運(yùn)行的原理有一個(gè)比較充分的了解，然后才能在實(shí)際的操作中不斷加強(qiáng)對(duì)其的認(rèn)識(shí)，在運(yùn)行的過程中，電子天平還非常容易出現(xiàn)四角誤差和線性誤差，這些誤差會(huì)給實(shí)際的測(cè)量工作帶來很多的不便，所以一定要采取相應(yīng)的措施對(duì)其進(jìn)行檢修。

[關(guān)鍵詞]傳感器；四角誤差；線性誤差；調(diào)修.

中圖分類號(hào)：S951.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）11-0003-01

1 電子天平原理

電子天平在運(yùn)行的過程中最為重要的就是傳感器，如上文所述，傳感器主要分為兩大類，以下筆者結(jié)合自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)這兩大類傳感器的運(yùn)行原理進(jìn)行減壓奧的分析和闡述：

1.1 應(yīng)變片式傳感器

當(dāng)秤盤出現(xiàn)空載現(xiàn)象時(shí)，所有應(yīng)變片的電阻都是一致的，電壓在通過橋式電路之后，放大器中是得不到電壓的，如果秤盤上又一定的負(fù)載，應(yīng)變片就會(huì)受到電荷的作用被拉伸，這樣兩個(gè)應(yīng)變片當(dāng)中的電阻就會(huì)增大，而兩個(gè)應(yīng)變片當(dāng)中的電阻就會(huì)減小，這樣就會(huì)有一小部分的電壓傳送到放大器中，經(jīng)過放大器的放大和微處理器的處理其實(shí)際的情況就會(huì)被顯示出來，顯示出來的數(shù)據(jù)就是被稱物體的實(shí)際重量。

1.2 電磁力式傳感器

在電磁力式傳感器運(yùn)行的過程中，只要通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)中做切割運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生一定的電磁力。

在傳感器運(yùn)行的過程中，線圈會(huì)做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，這樣也就產(chǎn)生了傳感器運(yùn)行中所需要的電磁力，在電磁運(yùn)動(dòng)的過程中傳感器會(huì)因?yàn)榉Q盤上出現(xiàn)了一個(gè)重物而引起杠桿位置的變化，將這一變化數(shù)據(jù)經(jīng)過放大器的放大就會(huì)加在線圈上，所以才會(huì)出現(xiàn)電磁力和被稱物體在重量上的平衡效果，傳感器運(yùn)行的過程中，線圈的電阻強(qiáng)度和電流強(qiáng)度是完全一致的，所以在電阻值上也和稱重物體的重量有著很強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后再經(jīng)過微處理器的處理，就可以準(zhǔn)確的顯示出物體的實(shí)際重量。

2 電子天平四角誤差調(diào)修

依照國(guó)際相關(guān)組織的建議，天平最大量程的三分之一和托盤最大半徑的三分之一適合與天平的稱量，四角誤差產(chǎn)生的原因有很多種一種就是傳感器自身在結(jié)構(gòu)上存在著一定的問題，另一個(gè)就是在天平裝配的過程中出現(xiàn)了一些問題，最大四角誤差產(chǎn)生的原因一般都是上下杠桿的長(zhǎng)度不是十分一致，影響了電子天平的測(cè)量精度。

首先是在挑選砝碼的過程中一定要選擇接近天平最大量程的整數(shù)數(shù)值，其次是砝碼要放在天平稱盤外側(cè)的邊緣位置。在稱量的過程中一定要對(duì)稱重傳感器的軸線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，然后取出稱量過程中需要的所有工具，在這個(gè)時(shí)候就可以看到兩個(gè)黑色的膠帽，將它們?nèi)〕鰜?，然后就可以用螺絲對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這樣就能夠很好的對(duì)傳感器的軸線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。下一步就是要對(duì)三點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，將稱盤的支撐稱盤和補(bǔ)償圈放回到原來的位置，然后按照相關(guān)的要求進(jìn)行放置和讀數(shù)，同時(shí)還要按照相關(guān)的要求顯示出各個(gè)點(diǎn)的偏差。之后就是要對(duì)誤差值最大出的螺絲釘進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，用小螺絲刀對(duì)該螺絲進(jìn)行小幅度的調(diào)整，如果誤差顯示為+就應(yīng)該將螺絲刀按照反方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如果誤差顯示為-就應(yīng)該按照順時(shí)針的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。然后要對(duì)稱盤施加一定的壓力使其回到原點(diǎn)，最后就是要重復(fù)上述步驟，將誤差的數(shù)值調(diào)整到合理的范圍內(nèi)。

3 電子天平線性誤差的調(diào)修

天平本身的放大量與顯示值不成線性變化，而是有偏差，即線性誤差。這一誤差是不能完全避免的，只能選擇線性誤系數(shù)小的組件以使誤差盡量小。電子天平的線性誤差的最大來源是由傳感器內(nèi)的永磁鐵所產(chǎn)生的磁力線的非線性所引起的，這是不能避免的。為了保持天平的精度，通常天平廠家會(huì)設(shè)計(jì)獨(dú)特的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償電路，原理如下：由于放大組件和磁缸所產(chǎn)生的線性誤差是在模數(shù)轉(zhuǎn)換前，因此設(shè)計(jì)了—個(gè)線性補(bǔ)償電路附加在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的共加點(diǎn)上將誤差修正。我們可以調(diào)節(jié)可變電阻，調(diào)整所需要的補(bǔ)償電壓幅度以配合線性誤差深度而使輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器前已是一個(gè)沒有偏差的仿真信號(hào)了。

此外，某些天平系列是利用軟件進(jìn)行線性補(bǔ)償調(diào)整的，它是利用五點(diǎn)線性砝碼補(bǔ)償方式進(jìn)行補(bǔ)償。如圖1所示.圖1（a）是沒有誤差的理想曲線，圖1（b）是由傳感器和放大組件所產(chǎn)生的總誤差曲線。我們利用線性補(bǔ)償電路產(chǎn)生一條與磁鐵和原有放大器相反的補(bǔ)償線。A和兩條曲線加在一起得到的曲線與理相曲線非常近，這樣就達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康?。天平出廠時(shí)，我們將線性調(diào)整在理想的范圍內(nèi)，即不大于3d。但當(dāng)用戶使用一段時(shí)間后，或者是經(jīng)過長(zhǎng)途運(yùn)輸后發(fā)現(xiàn)有輕微的偏差存在，我們便要對(duì)線性補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)整，改變補(bǔ)償曲線，以達(dá)到理想輸出。

線性誤差的檢查方法：

通常我們選取五點(diǎn)法或三點(diǎn)法，即取零點(diǎn)，1/4負(fù)載，1/2負(fù)載，3/4負(fù)載和滿載，或零點(diǎn)，l，2負(fù)載和滿載作為檢測(cè)點(diǎn)。注意：作線性檢測(cè)用的砝碼一定要達(dá)到天平的精度范圍。以德國(guó)賽多利斯電子天平A200S為例，先在稱盤上放半負(fù)載，顯示100.0005g，再另加1009至稱盤全負(fù)載，顯示200.00009，則判斷線性超差一10d，此時(shí)可以將天平外殼顯示器底下左面有一個(gè)小黑膠蓋，將膠蓋取下，便可看見小孔內(nèi)的可變電阻，用起子調(diào)節(jié)可變電阻，使天平的顯示值為200.00059左右。然后取下兩個(gè)1009砝碼，按除皮鍵使顯示器回零。再放1009砝碼，顯示值為100.0003g，再加上一個(gè)1009砝碼，顯示200.0007g，在200.0003g和200.0009g之間，即在線性容許范圍內(nèi)，說明線性已調(diào)整好。

4 電子天平的性能指標(biāo)

4.1 不變性

電子天平示值的不變性，是指天平在相同條件下，多次測(cè)定同一物體，所得測(cè)定結(jié)果的一致程度。對(duì)于電子天平，依然有天平示值的不變性，比如對(duì)電子天平重復(fù)性，再現(xiàn)性的控制，對(duì)電子天平零位及回零誤差的控制，對(duì)電子天平空載或加載時(shí)，電子天平在規(guī)定時(shí)間的電子天平示值漂移的控制。

4.2 靈敏性

電子天平的靈敏性，就是天平能覺察出放在天平衡量盤上的物體質(zhì)量改變量的能力。電子天平的靈敏性，可以通過角靈敏度，或線靈敏度，或分度靈敏度，或數(shù)字（分度）靈敏度來表示。對(duì)于電子天平，主要是通過分度靈敏度，或數(shù)字靈敏度來表示的。天平能覺察出來的質(zhì)量改變量越小，則說明天平越靈敏，可見對(duì)于電子天平來說，天平的靈敏度依然是判定天平優(yōu)劣的重要性能之一。

5 結(jié)語(yǔ)

電子天平是一種高精度的測(cè)量?jī)x器，其能夠使用在各種實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，在電子天平使用的過程中一定要對(duì)其運(yùn)行原理進(jìn)行簡(jiǎn)要的了解，這樣才能更好的保證相關(guān)人員在操作的過程中能夠?qū)ζ溥M(jìn)行正確的使用，對(duì)四角誤差的有效控制能夠更好的保證電子天平的測(cè)量精度，同時(shí)在實(shí)際的工作中還應(yīng)該掌握一定的檢修方法，這樣才能保證其功能能夠得以正常的發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

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