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          杭州易測計量設(shè)備有限公司

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          地磅數(shù)字式稱重傳感器設(shè)計與應(yīng)用

          介紹了一種數(shù)字式稱重傳感器的設(shè)計以及在稱重/測力領(lǐng)域中的應(yīng) 用。它集運算放大、A/D轉(zhuǎn)換、CPU J/0為一體,輸出為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量信號,外形尺寸與 模擬式稱重傳感器相同,具有密封性好、抗干擾能力強,精度高,功能多,實現(xiàn)了傳感 器信號的遠(yuǎn)距離傳輸,可直接與計算機通訊。經(jīng)實驗’該數(shù)字式稱重傳感器在量程范 圍內(nèi)均達(dá)到0.01%的準(zhǔn)確度。
          引言
          用數(shù)字式傳感器取代傳統(tǒng)模擬式傳感器以適應(yīng) 直接與計算機通訊是今后傳感器的發(fā)展趨勢。眾所 周知,計算機已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但 它只能識別數(shù)字信號。因此,研究數(shù)字式傳感器具有 以下重要意義:
          ①因為數(shù)字式傳感器輸出的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號, 所以可以直接與計算機通訊。
          ②具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強、無信號損失 等特點。
          ③保證了傳輸過程中的可靠性和穩(wěn)定性,解決 了計算機對外界信息處理數(shù)字化的客觀要求。
          改革開放以來,特別是我國WT0的加入,越來 越多的外資企業(yè)到中國落戶。在衡器行業(yè),美國、德 國、日本等國早已在中國的上海、深圳、常州等地辦 起了獨資或合資企業(yè)。不過,到目前為止,他們生產(chǎn) 的主要還是模擬式的傳感器。因此,傳輸距離和抗干 擾能力都受到了限制。國內(nèi)的幾家大型衡器制造廠’ 雖然也在研究這方面的問題,但仍沒有完全解決多 只傳感器信號輸人和高速傳輸之間的矛盾。不過,以 后的發(fā)展趨勢已經(jīng)非常清楚,就是“傳感器+計算 機” o因此,研究數(shù)字式傳感器也就成了當(dāng)前非常迫 切的任務(wù)。
          1.研究開發(fā)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵 本課題研究的內(nèi)容是:
          數(shù)字信號的輸出形式以及直接與計算機進行通訊。
          輸出的數(shù)字信號應(yīng)達(dá)到的精度和速度。
          對輸入信號的處理、運算、非線性修正、量程變換等。
          實現(xiàn)傳感器輸出信號的高速和遠(yuǎn)距離傳輸。 設(shè)計的技術(shù)關(guān)鍵問題是:微型化、非線性修正、 遠(yuǎn)距離傳輸
          數(shù)字式稱重傳感器內(nèi)部集成了微處理機、 轉(zhuǎn)換器、運算放大器以及可編程邏輯電路、穩(wěn)壓電路 等,結(jié)構(gòu)較為龐大和復(fù)雜,因此,要解決的關(guān)鍵問題 是如何用最少、最小的電子元件來實現(xiàn)這個系統(tǒng)的 所有功能。數(shù)字式稱重傳感器的另一個重要任務(wù)是 解決信號輸入的非線性誤差,軟件通過建立相應(yīng)的 數(shù)學(xué)模型、插值法等來修正其非線性誤差,用軟件來 實現(xiàn)的關(guān)鍵問題是如何建立相應(yīng)正確的數(shù)學(xué)模型。 要實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,必須處理好距離、干擾和速度之 間的矛盾。
          2.研究方案、技術(shù)路線
          研究方案的原理框圖如下:

          技術(shù)路線
          根據(jù)衡器行業(yè)的實際情況,本課題采用了集高 速運算放大器、24位S-A M)轉(zhuǎn)換于一體的超小 型集成電路CS5M2,每秒可轉(zhuǎn)換500次以上,從而 保證了信號輸人的高速轉(zhuǎn)換。采用PHILIPS單片微 處理器,具有速度快,容量大,成本低、體積小的特 點,便于以后軟件的擴充。
          3-主要設(shè)計指標(biāo) 輸出信號:標(biāo)準(zhǔn)asc n碼 波特率:1200—19200可調(diào) 非線性:0.01%
          不重復(fù)度:0.005%
          4.試驗結(jié)果
          為了檢驗數(shù)字式稱重傳感器的準(zhǔn)確度,參照 G&T7724-1999的檢測方法,用標(biāo)準(zhǔn)測力機進行試 驗,結(jié)果見表1。

          5.結(jié)束語
          表1的測試結(jié)果是經(jīng)過軟件非線性修正和標(biāo)度 變換后得到的顯示值。因此,要得到較高的精度,多 點的非線性修正非常重要。另外,采用高分辨率A/D 轉(zhuǎn)換器也是提髙精度的重要前提。
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