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多传感器电子秤非线性补偿电路的研究

2014/11/13 22:45:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  郭爱琴1,郭午阳2,朱利民2,陆俊玮1

  (1.南京师范大学电气与电子工程学院,江苏南京210042;2.金陵石化建安公司,江苏南京210038)

  摘 要:介绍了改进多传感器电子秤的计量精度及稳定性的实现方案。根据称重系统在实际应用过程中的测量精度情况,对系统中所用传感器作受力分析。通过对影响称重系统精度的性能指标因素的研究,改进称重系统结构,增强系统稳定性。讨论并分析多传感器系统非线性造成的原因,根据传感器的输入输出特性曲线,应用动态补偿电路对多传感器进行线性化处理,从而以硬件手段实现系统的优化,使电子秤称重系统精度和稳定性得到了很大改善。

  关键词:应变式传感器;电子秤;非线性;折线函数;动态补偿

  中图分类号: TP202   文献标识码: B   文章编号: 1000-9787(2006)01-0039-02

  0 引 言

  自动称重包装系统的自动电子秤的计量精度与稳定性是十分重要的性能指标,因为它直接关系到企业的信誉和形象。金陵石化公司化工一厂苯酐装置成品自动称重包装系统的自动电子秤采用双传感器系统,交付使用后,一直未能达到相应精度要求。近年来,经本文作者研究及技术改造后,各项指标均达到要求,运行良好。

  本文从系统存在的问题入手,详细研究和分析了多传感器电子称的系统结构、传感器应力等,找到了实际称重时称量值呈现周期性变化的原因,分析并给出了解决称重精度呈现周期性的方法,增设1个传感器。3个传感器对称布置在料斗正方形平面上,这项改进保证称重重心不至于偏离料斗平面,从而根本上消除了料斗的摆动。同时,又利用传感器非线性补偿电路实现了对传感器的动态补偿,从而消除了因传感器数量的增加而引起的系统非线性的影响对称重机精度的提高同样造成的障碍。经过试验研究与改造,最终,使得电子称的称重系统精度由原来的0. 22%提高到0. 02%,且稳定性得到了很大改善。

  1 系统工作原理

  如图1所示,称重信号经传感器拾取后转变为电信号,由信号调理电路对输入信号进行放大、滤波、A/D转换进入F701。F701为带32位微处理器的称重控制仪,具有键盘操作、面板显示及自诊断功能。通过对F701顺控参数的设定,与PLC结合使用对现场执行元件进行控制,完成定量称重与自动包装功能。

  2 系统存在的问题

  电子秤采用悬梁式电阻应变贴片传感器,料斗呈方形,2个传感器对称安装。喂料时,物料冲击引起料斗及吊臂的振动与摆动,如果称重信号不经过适当的处理,则显示的重量值长时间偏离真实值而不能稳定。

  对系统作动态分析[1],系统结构图如图2所示。

  设料斗摆动时线速度为V,吊臂长为l,偏离角为θ,料斗重量为mg,传感器的应力为F,则:

  实际称重时,称量值呈现周期性变化对应了上述的理论分析。

  3 系统结构的改进

  消除二传感器系统带来的称量值周期性振荡的方法:

  (1)应用软件设计算法对传感器应力F值离散加权,从而消除震荡带来的误差。要求较高,暂不采用;

  (2)对系统结构进行改进,从根本上消除摆动产生的原因。

  为此,增设1个传感器。3个传感器对称布置在料斗正方形平面上,这项改进保证称重重心不至于偏离料斗平面。从而根本上消除了料斗的摆动。

  但传感器数量的增加,由于各个传感器静态漂移以及灵敏度的不同,由此带来的系统非线性的影响,对称重机精度的提高同样造成了障碍。

  在对传感器的动态特性研究中,大多是将其近似为线性系统,利用线性方法进行研究,这在传感器非线性特性不明显或精度要求不高时是可行的。但是,三传感器系统已偏离了线性系统齐次性要求,对各传感器输入、输出信号进行比较,不仅有幅值差异,还存在波形上的改变。究其原因,主要是各个传感器的参数存在差异,其次,动态耦合干扰造成了多传感器系统性能指标受到明显影响[2]。

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