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浅谈电子秤的误差来源与解决方法

时间:2017-09-06 15:23   来源:http://www.shzrhq.com   访问量:

根据对电子秤的工作原理的深人了解以及借助各种测量方式,剖析电子秤的误差存在方式,其存在主要与其组成部分有着密切的关系。本文通过找出电子秤四角偏载、称量、鉴别力及重复性的误差来源,进一步分析努力寻找减小电子秤误差的解决方法。

1.前言

电子秤的误差是对称量结果准确度的定量描述。电 子秤在应用中经常会遇到误差问题。这不仅影响电子秤 使用的可靠性,也会不同程度损害电子秤使用者的利益。 研究电子秤的误差来源是研究电子秤的一个重要问题。 对电子秤的称量性能进行分析,掌握其误差来源有助于 提高电子秤检定工作的质量和效率。本文从作者的实际 工作经验出发,通过深入了解电子秤的工作原理,浅谈在 实际情况中电子秤的主要误差来源和解决办法。

电子秤是称重台将物体重力传递至称重传感器,使 传感器弹性体发生变形,在激励电压作用下输出电压信 号,经线性放大器将信号放大,然后转换为数字信号,由 微处理器对质量信号进行处理后直接显示质量值。电子 秤的称量误差主要来源于其不同的组成部分。其中包括 由称重传感器的灵敏度引起的四角偏载误差,由传感器 称量的线性变化、零点漂移和称重台擦靠造成的称量误 差,由此机械连接中的摩擦和应力造成的鉴别力误差,由 电子枰传感器侧向力和传感器条件不满足时引起的重复 性误差由电子秤分度数设置引起的误差。此外,根据电 子衡器是利用物体在重力作用下弹性体产生变形来测定 重力的量值的原理,称重的结果反映了一定质量的物体 所受重力的大小,因此各地重力加速度值不同,也会使同 一台秤在两地之间的示值不同引起误差。

2.误差的来源

2.1电子秤的工作原理:电子秤是利用物体在重力作用 下弹性体产生变形来测定重力的量值。电子秤主要由称 重台、称重传感器、接线盒、屏蔽信号电缆和称重显示仪 表组成。其过程是:将被称量的物体置于称重台上,由于 受到重力的作用,称重台将会受到力的作用而发生弹性 形变,发生形变的传感器弹性体将产生激励电压,此电压 值是与物体的重量成正比的,最后通过放大电路转换成 数字信号,并由显示器显示出来。

2.2误差的来源:通过对电子秤的原理分析发现,其不 同的组成部分会产生出不同的误差来,下面介绍四种不 同部分的误差:

1四角偏载误差:偏载测试要求电子秤在加载以 后,被测重物在秤台上位置的变化不应引起称重测量结 果的变化。因此,四角偏载误差来源于称重传感器的灵 敏度。由于电子秤称重传感器的弹性体和电阻应变计等 关键材料的差异,以及制造工艺方面还不完善,每个称重 传感器的绝对灵敏度就有所不同,造成相同的激励电压, 而各称重传感器的信号输出不一样,产生四角偏载误差。 为了减小四角偏载误差,电子秤在每个传感器的支路连 接有电位器,可以通过调整阻值,利用不同电阻的分压不 同,平衡各支路的信号输出。

2称量误差:传感器称量的线性变化、零点漂移和 称重台擦靠都是造成称量误差的直接原因。

①传感器称量线性变化。由于温差、冲击力、浮尘等 的影响,传感器承受载荷与其相应输出电压之间并非成 直线关系,使电子秤传感器的称量线性发生较大的变化。 有时部分称量点的误差较大,进行称量的线性校准,即分 段校准电子秤的称量,称量的相对误差将大大减小。② 零点漂移。电子秤在使用过程中受到大小不同且多次往 复冲击载荷的影响,传感器的受力情况非常复杂,最终导 致传感器的触点发生改变,使检定时的原始状态产生了 变化,造成零点漂移,产生误差。③擦靠。擦靠影响力的 传递,这样加载时的重量不能完全作用到称重传感器上, 称重传感器的输出信号自然偏小,此类情况,往往小称量 基本正常,加大负荷后,显示值明显减小。

3鉴别力误差:鉴别力反映电子秤对载荷微小变化的 反应能力,鉴别力测试的目的是检验秤体结构的连接和摩 擦,因此机械连接中的摩擦和应力是鉴别力误差的主要来 源。此外,因为鉴别力针对的是微小变化,所以称重传感器 和猶仪表的分辨力对鉴别力误差備响较大

4重复性误差:重复性误差在相同负荷和相同环境 条件下,连续数次进程试验所得的称重传感器输出读数 之间的差值。它是由一些比较固定的因素影响而产生 的,除了称重测量时的温度、湿度、风力、重力场等环境条 件变化所引起的重复性误差外,主要有电子秤传感器侧 向力和传感器条件不满足时引起的重复性误差。

①电子秤传感器侧向力引起的重复陛误差由于受现 场环境的限制,容易造成负载接受器上下移位,致使称重 台对称重传感器作用力不垂直。传感器所受侧向力是由 秤体传力机构的设计和制造误差引起,具体体现在各传 感器上下安装基面本身及其之间的水平度、秤体的整体 刚度及相关的局部刚度等方面产生的重复性误差。

②传感器条件不满足时弓j起的重复性误差电子秤称 重时,对秤体的机械传力机构的传力特性、传感器参数的 一致性、传感器的激励电压等,都要满足一定的条件,秤 体的传力机构应保证传感器所受载荷与被测重量成正 比,才能保证称重测量结果的准确性。

③角差引起的重复性误差电子秤称重时传感器的信 号是通过接线盒传输给称重显示仪表,如果传感器的某 些参数不一致或接线盒中电位器调整不平衡都会弓I起电 子秤的角差,此时重物在称重台的不同位置就会产生重 复性误差。

5重力加速度引起的误差:电子秤测量的不准确除 了与上述的误差有关外,重力加速度也会对测量的准确 性产生影响,根据力学原理可把称重分为利用力的动力 效应称重和利用力的静力效应称重。而电子秤称重利用 的是静力场效应,静力效应称重也称为重力变形法称 )就是利用物体在重力作用下弹性体产生变形或内应 力的大小来测定重力的量值。由于电子秤是用重力来标 定的,显示结果为重量,所以如果各地重力加速度值不 同,会使同一台秤在两地之间的示值不同。最后衡量结 果与重力加速度有关。重力加速度变化对称量结果影响 的处理方法:①利用电子衡器本身设计软件进行重力补 偿,如某衡器厂生产的ACS系列电子计价秤可以直接输 入使用地的重力加速度,由单片机自动处理后进行异地 校准。②利用电子衡器本身设置一组二进数开关,通过 改变开关的状态来改变放大倍数,对重力加速度变化带 来的误差进行修正,也可用电位器进行调整。③生产厂 家可以根据本地与电子秤使用地之间重力加速度的差值 进行折算。④用自动标定方法进行消除。电子秤到使用 地后,在电子秤上放置一定质量的标准砝码,通过键盘输入操作系统,经过微处理而获得砝码的标称值。现在 的电子秤基本都使用自动标定方法,校准既简单又明了。

当然还会有其他因素例如环境(空气的湿度,磁场 )因素影响电子秤的测量的准确性,我将会在以后的论 文中继续深入研究。

3.解决方法

对于以上所谈的各种影响电子秤测量精度的因素, 在其叙述过程中已经给出了解决的方法了在这里我想 提出另外的提高电子枰性能的方法,就是利用更好的性 能的单片机来改进电子秤的性能。例如可以采用 AT89C52这种型号的单片机,其内部带有8k字节的 FLASHROM,而且低功耗,价格便宜,可以广泛用于控制 和测量系统中,测量模块包括传感器,信号采集和滤波电 路,传感器采用双孔平行梁式力传感器,其特点是无论安 放在任何位置不会影响输出值。控制信号由单片机发 还可以通过固态继电器消除控制对相对单片机的不 良影响,具有反应速度快,无触点及使用寿命长的特点。 显示与输入设备也可任意搭配选取,总之,采用具有更好 的适应性和控制性的智能芯片可以提高电子枰的测量准 确度,我今后也会更加努力致力于这方面的开发。

4.小结

本文在对电子秤的原理有更深入了解的基础上,为 了更高效、方便、快捷的使用电子枰,通过找出电子秤的 不同种类误差来源,帮助我们解决实际工作中电子秤存 在的误差问题。

 


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