1、 電 子 衡 器 基 礎培 訓 教 材梅特勒托利多工業業務市場部客戶培訓中心 電子衡器基礎知識一、電子衡器概論、 衡器、秤及天平的概念（） 衡器是利用作用于物體上的重力等各種稱量原理，確定物體的質量或作為質量函數的其他量值、數值、參數或特性的一種計量儀器，又稱衡量儀器、稱量儀器或稱重儀器。當用于貿易結算、安全防護、環境監測和醫療衛生領域時，在我國屬接受強制檢定的計量器具之一。（） 秤是普通準確度級和（或）中準確度級的非自動衡器，以及具有相應靜態準確度級的自動衡器的總稱。（） 天平天平是高準確度級和（或）特種準確度級的衡器。、 電子衡器概念裝有電子裝置的衡器。電子裝置是指將電信號轉換成數字信號的

2、機電裝置。、 衡器術語（） 非自動衡器：稱量過程中需要人員操作（例如向承載器加放或卸去載荷或取得稱量結果）的秤。（） 自動衡器：稱量過程中不需要操作都參與，并按照預定的程序自動工作的衡器。（） 最大稱量（Max）：不計算添加皮重在內的最大稱重能力。（） 分度值：實際分度值（d）：以質量單位表示的下述數值。對模擬示值，系指相鄰兩個刻線對應值之差對數字示值，系相鄰兩個示值之差。檢定分度值（e）：用于對秤分級和檢定時使用的、以質量單位表示的值。（） 檢定分度數（n）：最大秤量與檢定分度值之商。（） 最小秤量（Min）：載荷小于該值時，稱量結果可能產生過大的相對誤差。（） 稱量范圍：最小秤量與最大秤量

3、之間的范圍。二、電子衡器組成 秤臺顯示儀表傳感器外設接線盒全電子衡器按組成部分可分為以下四部分：1、稱重傳感器：將加到稱臺上的重量信號轉變為成比例的電信號輸出。2、稱重顯示儀表：將傳感器輸出的模擬信號經放大、濾波、A/D轉換、數字處理后在顯示屏上顯示。3、秤體部分：承重部分，機械結構上還可分為秤臺、位移限位、卸荷鑼栓；電氣上有接線盒、信號電纜等。接線盒作用：在多傳感器系統中平衡傳感器輸出信號信號電纜作用：將傳感器信號送至顯示儀表4、外部設備：指連接在顯示儀表的信號輸出端口，接收儀表輸出信號的設備；常見的外部設備有打印機、大屏幕顯示器、計算機管理系統；另外還有模擬量輸出、光纖輸出、固態繼電器輸出

4、等。三、 應變式稱重傳感器、傳感器工作原理彈性體在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應變片也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發生變化，再經相應的測量電路把這一電阻值變化轉換為電信號輸出，從而完成將外力轉變為電信號的過程。（）電阻應變片：是把一根電阻絲機械地布置在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片。箔式單軸片、箔式雙軸片（）彈性體：承受外力，產生反作用力，達到相對靜平衡。產生高品質的應變場。（）檢測電路：把電阻應變片的電阻變化轉變為電壓信號輸出。因為惠斯登電橋具有很多優點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以比較方便地觧決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯

5、登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛應用。因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數一致，各種干擾的影響容易互相抵消，所以稱重傳感器均采用全橋等比電橋，參看下圖。BR1R4R3R2CD-U0UiA+-+從圖中，流經R1，R2的電流為：I1= Ui÷(R1+R2) UAB=R1×I1= UiR1÷(R1+R2) 流經R3，R4的電流為I2= Ui÷(R3+R4) UAD= R4×I2= UiR4÷(R3+R4) UBD=UADUAB = UiR4÷(R3+R4)UiR1÷(R1+R2) = Ui×（R2R4R1R3

6、）÷(R1+R2) ×(R3+R4)= U0 - （1） - 2、零點補償雖然電阻應變計經過精心挑選使其阻值盡量相等，但很難絕對一致。另外，即使能挑選出電阻相等的應變計，經過貼片過程，電阻值還會發生變化。所以其橋路不平衡是絕對的。使傳感器在不承重時的輸出為U0等于零所進行的調整稱為零點補償。零點補償有橋臂中串聯電阻法，并聯電阻法和外加電壓法三種。本公司采用串聯法零點補償。零點補償方法從圖中，R1、R2、R3、R4為四個橋臂電阻，Ui為橋路激勵電壓電源。由（1）式可知，若U0 0，則R2R4R1R30，此時可在橋臂1或橋臂3中串一個電阻（銅絲或鎳銅片）R0，使R2R4=（R1

7、+R0）R3達到零點補償的目的。零點補償的任務首先是決定零點補償電阻應串入哪一個橋臂，其次是決定這個電阻值是多大，最后決定銅絲有多長，補償前必須測U0并規定橋路電壓的正方向，使它與橋路的正方向相同。如圖所示，供橋電壓的正端接A點，負端接C點。橋路輸出端B點的電位高于D點，則U0為正，反之U0為負。根據測出U0的正負，用圖很容易決定R0應串入哪一個橋臂。串入R0后，則產生一個電壓降IR0，如果這個電壓降與U0大小相等，則抵消掉U0，考慮到串入的電阻R0遠小于橋臂電阻R，因此支路電流 I= Ui÷(R1+R2+R0)= Ui÷(2R+R0) Ui÷2R -（2） U0

8、=IR0= Ui÷2 R×R0 -(3) R0= 2R×U0Ui-（4） 如果銅絲單位長度的電阻為r0,設零點補償所需銅絲長度為L L = R0÷r0 =2R×U0÷Ui÷r0=2R÷r0×U0÷Ui -（5）根據（4），（5）計算出的零點補償電阻，用特殊方法繞好后，經老化處理再接入傳感器電橋由實驗作精細調整。當然傳感器還有零點溫度補償，彈性模量溫度補償，蠕變補償等，我們就不逐個描述，如有興趣，這方面的書籍較多，讀者可以作進一步研究. 3、 傳感器常用技術參數 額定容量：生產廠家給出的稱量范圍的

9、上限值。（t、kg、g） 額定輸出(靈敏度)：加額定載荷時和無載荷時，傳感器輸出信號的差值。（mv/v） 靈敏度允差：傳感器的實際額定輸出與對應的標準額定輸出之差對該標準額定輸出的百分比。 非線性：由空載荷的輸出值和額定載荷時的輸出值所決定的直線和增加負荷之實測曲線之間最大偏差對額定輸出值的百分比。重復性誤差：在相同的環境條件下，對傳感器反復加荷到額定載荷并卸載。加荷過程中同一負荷點上輸出值的最大差值對額定輸出的百分比。蠕變：在負荷不變（一般取為額定載荷），其它測試條件也保持不變的情形下，稱重傳感器輸出隨時間的變化量對額定輸出的百分比。零點輸出：在推薦電壓激勵下，未加載荷時傳感器的輸出值對額定

10、輸出的百分比。絕緣阻抗：傳感器的電路和彈性體之間的直流阻抗值。輸入阻抗：電源激勵輸入端短路，傳感器未加載荷時，從信號輸出端測得的阻抗。溫度補償范圍：在此溫度范圍內，傳感器的額定輸出和零平衡均經過嚴密補償，從而不會超出規定的范圍。零點溫度影響：環境溫度變化引起的零平衡變化。一般以溫度第化10K時，引起的零平衡變化量對額定輸出的百分比來表示。額定輸出溫度影響：環境溫度的變化引起的額定輸出變化。一般以溫度每變化10K引起額定輸出的變化量對額定輸出的百分比來表示。使用溫度范圍：傳感器在此溫度范圍內使用其任何性能參數均不會產生永久性有害變化。4、稱重傳感器選用的一般規則 1）結構、型式的選擇主要看衡器的

11、結構和使用的環境條件，還有一個要考慮的因素是，維修的方便與否及所需費用。 2）量程的選擇稱重系統的稱量值越接近傳感器的額定容量，則其稱量準確度就越高，但在實際使用時，由于存在秤體自重、皮重及振動、沖擊、偏載等，因而不同稱量系統選 用傳感器的量限的原則有很大差別。一般原則有：a 單傳感器靜態稱重系統 固定負荷（秤臺、容器等）變動負荷（需稱量的載荷）所選用傳感器的額定載荷×70%b 多傳感器靜態稱重系統固定負荷（秤臺、容器等）變動負荷（需稱量的載荷）所選用傳感器的額定載荷×所配傳感器個數×70%其中70%的系數即是考慮振動、沖擊、偏載等因素而加的。 四、接線盒接線盒在

12、多傳感器稱重系統中，傳感器采用全并聯方式聯接。模擬接線盒：接線盒分7孔與5孔。前者用于6線制傳感器，后者用于4線制傳感器。接線盒相當于一個無源電阻網絡，它為每個傳感器準備了一個低溫度系數精密可調電阻，與傳感器的輸出端并聯。當調節盒內某個可調電阻時，相當于改變了這只傳感器的輸出阻抗。這樣，就使得稱重系統所使用的每只傳感器的輸出阻抗在一個小范圍內可以調整。接線方法：傳感器色標及名稱：AJB005與AJB007接線示意圖AJB015型接線盒示意圖3、調整電阻調整四角誤差，調整電阻向順時針方向值加大，調整電阻向逆時針方向值減小，調整時向最小值靠攏，例如四角值如下：第一角 10 T 9.9 T第二角 9

13、.95 T 9.9 T 第三角 9.9 T第四角 10.1 T 9.9 T我們把所有角的值均調到 9.9 T，然后加50%滿量程砝碼校正。數字接線盒五、顯示儀原理1、顯示儀組成2、放大器 傳感器輸出信號一般為毫伏級的信號，進入儀表后經由放大器放大為伏級的信號。3、濾波器是為了獲得穩定和精確的直流電壓所必須的電路。、 儀表的A/D轉換將模擬信號轉換為數字信號供微處理器處理在秤進行標定時，設砝碼值為F1=30000Kg,傳感器信號經放大，濾波后輸入A/D轉換器時為Vx，此時,k1接通,則Vx對電容C進行充電，時間為定值T1，充電量為Vc.接著k2接通,然后用一個極性與Vx相反的電壓Vref對電容C

14、進行放電，直至把電容C中的電量放光，時間為T2。在放電的同時，計數器開始計數，若計數器值為K1=300000,則儀表將( K1=30000Kg K2=300000)自動存入內存.當任一重量F2加至秤臺，電容C放電時間為T3，放電結束后計數器值為K2=250000則:F2/F1=T2 / T3= K2/ K1 則 F2/F1= K2/ K1F1 = 30000 KG K1 = 300000 K2 = 250000F2= 30000Kg×(250000÷300000) = 25000Kg5、微處理器 是稱重儀表進行數據處理的核心部件。根據儀表性能和功能的不同要求可選擇不同檔次。

15、6、顯示器和鍵盤顯示器和鍵盤為稱重儀表的人機界面。7、接口稱重儀表的接口主要供連接外部設備用。1）串口的幾種形式：RS232（最遠傳輸距離為15m，用于計算機或打印機）RS485/RS422（最遠傳輸距離為600m，用于大屏幕或計算機。）20mA電流環（最遠傳輸距離為300m,用于大屏幕）2）并口一般直接用于打印機8、電源給稱重儀表的電路提供電源和給傳感器提供激勵電壓。電源供電方式有直流和交流兩種。直流供電可采用交流適配器供電，也可采用電池供電。交流供電的儀表一般內部有電源變壓器，其輸入電壓范圍比較窄。檢 定 規 程一：名詞解釋檢定： 為評定秤的計量性能，確定其是否符合法定要求所做的全部工作。

16、首次檢定： 對從未檢定的秤進行的檢定a 新制造、新安裝的秤b 進口秤的檢定隨后檢定： 秤首次檢定后的檢定 a 周期檢定 b 修理后的檢定 c 新投入使用的強制檢定的秤，使用前申請的檢定 d 周期檢定周期未到前的檢定使用中檢定 檢驗使用中的秤是否符合計量檢定規程的要求，是否處于良好的工作條件，使用是否正確、可靠。OIML：國際法制計量組織(Organisation Internationale de Metrologie LegaleOIML)是一個從事法制計量工作的政府間組織。1955年10月12日根據美國、聯邦德國等24個國家在巴黎簽署的國際法制計量組織公約成立。它的最高權利結構是國際法制計

17、量大會(CGML)，一般每四年召開一次。領導和咨詢結構是法制計量委員會(CIML)，每兩年召開一次。常設結構是國際法制計量局(BIML)，局址設在法國巴黎。CIML由每個成員國的一名代表組成。這些代表由其本國政府指定，必須是主管計量器具部門的在職官員，或者是在法制計量部門擔任正式職務者。OIML的主要任務是：搜集各國法制計量機構及法制計量器具的文獻和情報，確定法制計量的一般原則，制定并推薦國際性計量技術法規，組織新檢定方法和國際交流，協調國際間制造、使用和檢定計量器具中出現的技術和管理問題，推動國際計量立法的一致和促進國際貿易，促進成員國主管法制計量部門的聯系。OIML向成員國推進的技術法規有

18、兩種：國際建議和國際文件。截至1998年1月已制定國際建議126個、國際文件26個。截至1998年1月，OIML共有55個正式成員，46個通訊成員經國務院批準，我國已參加OIML，1985年4月25日起成為正式成員國。 R文件：國際建議，確立規程的樣板、計量特征 D文件：國際文件，確立資料、改進方法 R76號文件：非自動衡器國際建議NTEP：美國NTEP（NATIONAL TYPE EVALUATION PROGRAM) 認證二、計量原則計量單位 克（g）、千克或公斤(kg)、噸（t)計量要求的原則 適用于所有的秤，與秤的稱量原理無關 劃分秤的準確度等級的依據是： A 檢定分度值e，表示絕對準

19、確度e=d B 檢定分度數n，表示相對準確度三、非自動衡器分級準確度級別檢定分度值檢定分度數nn=Max/e最小稱量Min(下限)最小最大特種準確度I0.001ge50000100e高準確度II0.001ge0.05g1001000020e0.1ge50001000050e中準確度III0.1ge2g1001000020e5ge5001000020e普通準確度IIII5ge100100010e四、誤差非自動衡器的最大允許誤差首次檢定最大允許誤差MPE使用中誤差準確度級別中準確度III普通準確度IIII±0.5e±1.0em500em50e±1.0e±2.

20、0e500m2000e50m200e±1.5e±3.0e2000m10000e200m1000e自動衡器的最大允許誤差準確度級別稱量值的相對誤差首次檢定使用中0.20.10.20.50.250.51.00.51.02.01.02.0自動衡器的靜態準確度，是它按非自動衡器檢定方法檢定時應達到的準確度。對于0.2級與0.5級自動衡器，其靜態準確度通常應符合非自動衡器的中準確度要求。而對于1.0級與2.0級自動衡器，其靜態準確度等級通常應符合非自動衡器的普通準確度要求。貿易結算用秤： 國家規定，用于貿易結算的秤，其最小檢定分度數對于三級秤，n³1000誤差計算方法E = I + 0.5e - Dm - m其中：E為誤差I為加載后的示值Dm 所加的感量砝碼m標準砝碼例1：一臺d=5g的秤，加放1Kg砝碼，示值為1000g，然后加0.5g的小砝碼，直至示值由1000g變成1005g，此時小砝碼之和為1.5g，求這一點的實際誤差？超不超差？ E=（I-m）+0.5d