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地磅數(shù)字式稱重傳感器設(shè)計(jì)與應(yīng)用 |
介紹了一種數(shù)字式稱重傳感器的設(shè)計(jì)以及在稱重/測力領(lǐng)域中的應(yīng) 用。它集運(yùn)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(qiáng)，精度高，功能多，實(shí)現(xiàn)了傳感 器信號的遠(yuǎn)距離傳輸，可直接與計(jì)算機(jī)通訊。經(jīng)實(shí)驗(yàn)’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(jì)算機(jī)通訊是今后傳感器的發(fā)展趨勢。眾所 周知，計(jì)算機(jī)已經(jīng)在各個(gè)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?yàn)閿?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(jì)算機(jī)通訊。
②具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、無信號損失 等特點(diǎn)。
③保證了傳輸過程中的可靠性和穩(wěn)定性，解決 了計(jì)算機(jī)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(dú)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(jì)算 機(jī)” 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(jì)算機(jī)進(jìn)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(yùn)算、非線性修正、量程變換等。
實(shí)現(xiàn)傳感器輸出信號的高速和遠(yuǎn)距離傳輸。 設(shè)計(jì)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(jī)、 轉(zhuǎn)換器、運(yùn)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(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的 所有功能。數(shù)字式稱重傳感器的另一個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)際情況，本課題采用了集高 速運(yùn)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(diǎn)，便于以后軟件的擴(kuò)充。
3-主要設(shè)計(jì)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(yàn)結(jié)果
為了檢驗(yàn)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(jī)進(jìn)行試 驗(yàn)，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(diǎn)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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