1 高精度電子天平系統(tǒng)組成及精度影響因素
1.1 系統(tǒng)組成
電子天平系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)伺服系統(tǒng)，秤盤通過立柱連桿與線圈連接。任何一個(gè)平衡控制系統(tǒng)為了進(jìn)一步提高其精度和穩(wěn)定性，往往需要加進(jìn)閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行中，采用分層數(shù)字濾波技術(shù)保證高精度，采用程序跟技術(shù)保證稱量的重現(xiàn)性，線性化處理保證天平的線性度。
1.2 精度影響因素
由于計(jì)量精密、靈敏度高，因而溫漂與時(shí)漂成為影響電子天平計(jì)量性能的主要因素。研究可知，低功耗、低時(shí)漂、低噪聲電子元件的選擇、電路設(shè)計(jì)、正確安裝、天平水平調(diào)整和預(yù)熱使用，都是減小誤差提高準(zhǔn)確度的措施。
2 時(shí)漂的自動(dòng)校準(zhǔn)
電子天平長(zhǎng)時(shí)間工作不穩(wěn)定，則會(huì)出現(xiàn)時(shí)漂情況，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)以及重力加速度的變化，電子分析天平的永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度與傳感器力敏元件的內(nèi)部應(yīng)力也會(huì)發(fā)生一定變化。而時(shí)漂所展現(xiàn)出的最鮮明狀態(tài)，則是天平加載不變，而測(cè)量輸出變化緩慢。
2.1 原理及硬件設(shè)計(jì)
自動(dòng)校準(zhǔn)原理；一旦定時(shí)器時(shí)間到，單片機(jī)通過I/O對(duì)繼電器的開斷進(jìn)行準(zhǔn)確控制。繼電器導(dǎo)通狀態(tài)下，電機(jī)M帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸中端的半圓形擋板A開始轉(zhuǎn)動(dòng)，直至A旋轉(zhuǎn)至光電開關(guān)部位，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，天平內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)砝碼被抬起，此時(shí)天平進(jìn)行空載校準(zhǔn)。之后啟動(dòng)電子，A旋轉(zhuǎn)脫離光電開關(guān)部位，光電開關(guān)導(dǎo)通，天平內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)砝碼下降，方可進(jìn)行滿載校準(zhǔn)。整個(gè)流程下來就完成了自動(dòng)校準(zhǔn)。
就直流減速電機(jī)來看，其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，裝配簡(jiǎn)單且便于使用。高速電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的原始動(dòng)力能夠產(chǎn)生大扭力，帶動(dòng)較重物體轉(zhuǎn)動(dòng)。以DJ12V30直流減速電機(jī)為例，其以標(biāo)準(zhǔn)兩線接口實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)控制，無負(fù)載工作電流為120mA，功率為3W。
就固態(tài)繼電器來看，其輸入端與輸出端之間采用隔離器件來實(shí)現(xiàn)電隔離，額定電壓一般為220VAC50Hz±10%。額定電流一般為AC：10A，DC：20。
2.2 軟件編程
單片機(jī)通過定時(shí)器來確定自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)間，即通過定時(shí)器來控制繼電器的開斷從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行祛碼的加載。然后通過光電開關(guān)的通斷來判斷祛碼是否加載到位。
3 溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在一些單片機(jī)傳感器測(cè)量系統(tǒng)中，要解決傳感器溫度誤差補(bǔ)償問題，首先要測(cè)出傳感器點(diǎn)的溫度，該溫度采集信號(hào)送入單片機(jī)。測(cè)溫元件通常是安裝在傳感器內(nèi)靠近敏感元件的地方，用來測(cè)量傳感器點(diǎn)的環(huán)境溫度，測(cè)溫元件的輸出經(jīng)放大及轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)，單片機(jī)通過并行接口接收溫度數(shù)據(jù)，并暫存溫度數(shù)據(jù)。信號(hào)采樣結(jié)束，單片機(jī)運(yùn)行溫度誤差補(bǔ)償程序，對(duì)傳感器信號(hào)的溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
軟件編程：
本文中采用了滑動(dòng)平均數(shù)字濾波算法對(duì)轉(zhuǎn)換器輸出值進(jìn)行濾波。為進(jìn)一步提高V/F輸出精度，可使用二級(jí)平均，在這種情況下，第一級(jí)的輸出通過第二級(jí)再取平均，其輸出作為有效采樣值。
4 誤差分析
通過試驗(yàn)研究可知，補(bǔ)償后電子天平的性能滿足原有電子天平在精度方面的要求，更具靈活性與智能性，在縮短天平生產(chǎn)周期的同時(shí)，一定程度上減少了工作強(qiáng)度，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。以國(guó)家有關(guān)電子天平相關(guān)規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)，可以明確高精度電子天平使用時(shí)對(duì)環(huán)境要求較高，溫度波動(dòng)不宜超出1℃/h，相對(duì)濕度應(yīng)當(dāng)在85%以內(nèi)，并對(duì)氣流、振動(dòng)、電磁干擾等環(huán)境因素進(jìn)行合理約束，進(jìn)一步對(duì)高精度電子天平的誤差進(jìn)行科學(xué)化分析。
通過溫度傳感器重復(fù)性實(shí)驗(yàn)可知，在20℃溫差范圍內(nèi)，受到溫度傳感器自身因素的影響，空載狀態(tài)與滿載狀態(tài)均會(huì)產(chǎn)生一定誤差，空載時(shí)誤差為0.001g，滿載時(shí)誤差為0.009g。對(duì)改進(jìn)后的電子天平開展重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，以此檢定有軟件溫度補(bǔ)償后的電子天平的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，空載狀態(tài)下誤差不超出0.012g，滿載狀態(tài)下誤差不超出0.023g，也就是說在標(biāo)準(zhǔn)溫差范圍內(nèi)，改進(jìn)后的電子天平的性能穩(wěn)定，能夠最大程度上滿足電子天平在空載與滿載狀態(tài)下的誤差要求，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
在應(yīng)用高精度電子天平的過程中，為避免出現(xiàn)測(cè)量偏差、天平顯示質(zhì)量值偏差、空氣流動(dòng)影響以及溫度不定準(zhǔn)等因素的影響，應(yīng)當(dāng)在高精度天平正式使用之前調(diào)整水平，開機(jī)預(yù)熱一小時(shí)后再進(jìn)行測(cè)量。砝碼的取放應(yīng)當(dāng)保持小開門、短時(shí)間，關(guān)閉好風(fēng)扇和天平取物窗之后稱量砝碼，保證恒溫時(shí)間長(zhǎng)，之后做好定時(shí)定變化方向，以提高恒溫箱內(nèi)氣流相對(duì)穩(wěn)定性，進(jìn)一步開展測(cè)量。
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裝載新一代質(zhì)量傳感器“Uni Bloc”
主要特點(diǎn)：
率先在半微量分析天平中采用“Uni Bloc”
徹底阻斷風(fēng)的影響
內(nèi)裝“PSC”全自動(dòng)校準(zhǔn)功能
使用定時(shí)校準(zhǔn)功能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的靈敏度
內(nèi)裝“直通視窗”功能
也可進(jìn)行比重測(cè)定。與比重測(cè)定器具（選購(gòu)件）配套可作比重計(jì)使用。
門裝卸簡(jiǎn)單，清掃、開關(guān)輕松
率先采用鋁整體型質(zhì)量傳感器“Uni Bloc”的分析天平。
AUW-D/AUW/AUX/AUY系列徹底追求可靠性、快速響應(yīng)性和使用簡(jiǎn)便三要素。由于裝備“Uni Bloc”，實(shí)現(xiàn)驚人的可靠性、響應(yīng)性、使用便利性。
采用機(jī)械組件的密封結(jié)構(gòu)、徹底抑制了過去的天平難以抑制的因風(fēng)對(duì)流而產(chǎn)生的搖晃。即使在通風(fēng)柜內(nèi)也能比過去更穩(wěn)定地使用。
遇有室溫變化影響靈敏度時(shí)，天平感知室溫變化，自動(dòng)開始校準(zhǔn)。
連接只需1根電纜。不需安裝任何軟件。數(shù)據(jù)可輸送至Windows的應(yīng)用程序。
順暢的門的開關(guān)，使稱量作業(yè)輕松愉快。門裝卸簡(jiǎn)單便于清掃。而且門軌裝卸簡(jiǎn)便可進(jìn)行更換。
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