0引言

隨著稱重顯示器的應用普及,人們對其主要技術性能及基本控製功能更加深入了解,對其質量要求不斷提高,其檢測也就顯得十分必要。依據國家計量檢定規程JJG649-1990數字稱重顯示器和GB/T7724-2008電子稱重儀表對各類稱重顯示器進行型式評價試驗和計量性能檢測,在試驗過程中所使用標準檢驗儀器的合理性、檢測方法的正確性及檢驗規則的邏輯性等都會直接影響到顯示器的技術指標。本文將選用信號模擬器作標準信號裝置來檢測稱重顯示器的方法與傳統檢測法相比較,進行以下討論。

1稱重顯示器的概述

稱重顯示器、稱重傳感器和秤台是電子衡器的三大組成部分。其中稱重顯示器的主要作用是通過稱重傳感器,測量出秤台上被稱重物的質量,並將其轉換成數字信號顯示出來。隨著微電子技術的進步,稱重顯示器獲得了飛快發展,現多為數字式稱重顯示器。它不僅能將被稱物的質量值迅速、準確地變成簡單易讀的數字形式,而且能完成置零、零點跟蹤、去皮、自檢、校驗等多種控製功能。

2稱重顯示器的基本特點

稱重顯示器內設激勵電源,絕大多數為直流穩壓電源,一般為(5~20)V左右,未經標準電壓校準;內分辨力遠高於外顯分度值,最低不小於4倍;激勵電源輸出電流為200mA左右,能同時滿足6-8隻傳感器並聯使用,采取四線接法,以減少傳輸損耗,保證傳感器供橋電壓穩定;以kg、t等質量單位來標度;分度值按1、2、5形式來顯示;4個準確度等級與非自動衡器的相對應;誤差不大於相應衡器的二分之一允差等。

3顯示器的結構原理

數顯式稱重顯示器(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),經放大濾波、A/D轉換、運算處理等環節,最後顯示出結果。這種模式是當前顯示器的主要類型。在額定載荷下,傳感器輸出電壓信號大小與供橋電壓數值嚴格成比例關係,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轉換器的參考基準,而輸人A/D轉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定所帶來的不良後果,同時由於不需要作穩壓檢測降低了顯示器的造價成本。

4稱重顯示器的檢測方法

在衡器製造計量器具許可證考核必備條件中有提到,6位半以上數字電壓表(準確度優於1uV)和標準信號源(準確度優於0.01%)是必備的檢測設備,於是很多技術人員誤認為應該選用標準電壓源法(標準源+數字電壓表)和電位差計法(電位差計+數字電壓表）進行顯示器的檢測。其實這兩種檢測法的測量特點和原理都存在著缺陷:稱重顯示器分辨力非常高,1d代表的電壓在uV量級,激勵電壓短期穩定度遠高於該量級,稱重顯示器和數字電壓表讀數不可能完全同步,讀數過程的變化遠高於uV量級,導致測量出的比值不是真實值,測量出顯示器誤差並不真實。

與以往的標準電壓源、電位差計、傳感器等檢測方法相比,用信號模擬器作標準裝置檢測顯示器具有以下特點:

4.1自身帶有輸入回路

與標準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,因此不需要數字電壓表作監測儀表,也避免了數字電壓表傳遞環節產生的誤差;標準傳感器法雖然也不需要外加監測儀表,但其精度偏低,若要達到高精度,還需要考慮側向力附加影響。

4.2性價比高

標準電壓源最早是為了滿足數字電壓表檢測或校準才發展起來的,它們的輸出電壓範圍很寬,上至1000V,下至0.01uV,設備昂貴,一台近萬元;而顯示器所需的輸入電壓信號在幾十毫伏的範圍上,如果用穩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。電位差計雖然較標準電壓源便宜,通常在幾千元,但其主要是用於校準或檢測直流電壓的,還需要外加標準電池、檢流計等輔助電源,為了保障供壓穩定,就需要選取大容量的輔助電源(其額定電流應該達到上千倍工作電流)。如果采用信號模擬器就相對經濟實惠的多,隨著電子技術的快速發展,現在一台也就千元左右,且不需要其它輔助設備。

4.3工作參數與顯示器匹配

顯示器為傳感器提供的電阻橋路可視為一個無源四端網絡,它內設激勵電源,自身帶有輸入回路、輸出回路及相應的電阻。信號模擬器正是采用專門設計的電阻網絡代替了傳感器電阻應變式橋路,兩者的輸入電阻、輸出電阻及回路狀態等效一致,保持了檢測和使用情況相符合,從而保證了檢測精度。這是標準電壓源和電位差計兩種檢測方法所不具備的。標準傳感器法的最大優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換精密關係獲得的,但其造價高,配備一台同樣需要花費近萬元。

4.4噪聲小、穩定性高

信號模擬器的電阻網絡特殊製作,具有對稱性好,抗幹擾能力強,紋波噪聲小等優點。與之相比,標準電壓源法、電位差計法及標準傳感器法都需要在恒溫室內進行,且檢測程序繁複,易受外界幹擾。

4.5操作簡單、使用便捷、無需恒溫

標準傳感器是通過力電轉換一一對應關係來檢測顯示器的,雖然其輸出端與顯示器可直接連接,無需外加監測儀表,但為了控製準確的力值,需要人工加卸載荷,且與標準電壓源法和電位差計法一樣,都需要在恒溫室內進行,費時費力,工作效率低。而信號模擬器體積小、便於攜帶,且標識清楚,接通後,隻需通過輕轉旋鈕即可進行操作試驗,完成檢測工作,操作簡單,工作效率高。

4.6整機檢測,采用電壓比法測量

如上麵所提到的,顯示器采用電壓比例測量,因此在對其檢測時,用與其同樣電阻網絡設計的信號模擬器來檢測,可以實現電壓比例測量,其負載阻抗穩定,滿足顯示器的要求,而無需對顯示器內部的激勵電壓進行穩壓校準,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。但標準電壓源法和電位差計法中,其輸入電壓信號與顯示器內部基準電壓是不相關的,人為地采取將顯示器的輸入電壓與輸出電壓分開測量,然後再綜合評比的方法,這是非常不嚴謹的。

5結束語

隨著電子技術的不斷發展,數字式稱重顯示器的應用將更加普及,技術指標越來越高,采用信號模擬器法對顯示器進行檢測,簡單便捷,精度高,穩定性好,是應該推薦開來的科學合理的檢測方法。

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