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能计算系数电阻和非线性误差的智能仪表

发布时间:2020-10-19 09:52:10 |来源:网络转载

1引言
电阻应变式称重测力传感器(以下简称“传感器”)的弹性体会因在机械加工中产生的尺寸误差,粘贴应变片时产生的方位误差和角度误差而产生灵敏度的分散性,严重影响传感器的互换性能。因此标定中的重要工作是使传感器输出灵敏度规范化(俗称灵敏度补偿)。其办法是在传感器输入回路中串入性能稳定的电阻(俗称系数电阻),使输出灵敏度偏大的传感器实际供桥电压下降进而减小其输出量达到灵敏度规范化[1]。
传感器灵敏度补偿原理图,如图1所示。图中虚线框示意为待标定传感器,设其输入端AB间的阻抗为RL,Ri为系数电阻,为保证传感器输出端C和D基本保持在输入电压Ui的中点,系数电阻一般分二个串在传感器输入端。

传感器灵敏度补偿原理图

设未加系数电阻时传感器的灵敏度为S0,供桥电压为Ui,则在满负荷下输出信号值为
U0=S0×Ui
当串上两个系数电阻后实际在传感器输入端AB上的电压为:
此时在满负荷下输出电压为
即通过改变Ri的大小可改变传感器的灵敏度使之规范化。
目前系数电阻Ri均由标定员根据式(2)由手工计算后确定,这使人工计算占了标定中相当长的时间,还有可能会因人的操作错误影响补偿精度。为此笔者研制开发了一款能自动计算系数电
阻的智能仪表,当检测好传感器在满负荷和零负荷下的输出值,仪表会自动计算和显示该传感器在未补偿时的灵敏度并准确而快捷地计算出为达到标准灵敏度所需串接的单边的系数电阻值,在逐点标定后又能显示非线性误差。
本文仅从技术角度介绍为实现上述功能在设计智能仪表时的思路和需采取的措施。
2仪表的硬件要求
采用STC89C52单片机为微处理器,需有普通智能称重仪表的基本框架,需下列人机对话接口。
2.1仪表需有二位辅显示器来显示提示码和五位主显示器显示灵敏度X.XXXXmV/V或电阻XXX.XXΩ。
2.2仪表有《EEP》,《复位》,《回零》,《置数》,
《设定》五个簿膜按钮,另有一个外接按钮便于标定时随手操作。
3为计算系数电阻和非线性误差在仪表软件
设计中的措施
3.1必须有传感器标准灵敏度Sb,输入阻抗RL和测线性时分点测试的点数nd的设定功能以适应不同的需要。
本仪表在显示“cd”(菜单)后置入相应代码可依次进入上述参数的设定,其中nd为3,4,5,6,8,10可选,这些值一旦置入仪表便自动存入内部存储器,以后开机时均有效,必须开辟这三个参数的存储单元。
3.2采用加符号双字节运算的方法[2]能使在采用双字节运算时的工作内码达±6.5万码。
3.3编写计算系数电阻和非线性误差的XS子程序,如图2所示

计算系数电阻和非线性误差的XS子程序流程图

4 仪表工作过程
在标定前需先确定是仅进行系数补偿还是还要进行线性测试。方法是按《置数》按钮,仪表左上角指示灯亮,表示补系数后再进行线性测试仪表左上角指示灯熄表示仅进行系数补偿,此工作状态会自动存入仪表内下次开机仍有效。
在对传感器施加过预负荷后可进入标定。
对传感器加上满量程载荷,待显示稳定后按外接按钮,仪表进入XS子程序,自动记下满负荷下的示值后退出子程序,此时应卸去所有负荷待显示稳定后按外接按钮,仪表马上计算并显示二者示值之差即未经系数补偿时的传感器灵敏度(提示符L,单位mV/V)和应串入的单边系数电阻的值(提示符Un,单位Ω)。若仅进行系数补偿则退出子程序进入下一台标定。若还要进行线性测试则显示“J1X.XXXX”提示加第一级负荷,加载且显示稳定后按外接按钮仪表能先显示该示值与该点的线性理论值的差值并马上显示该差值与满量程示值之比即百分比误差,接着显示“J2X.XXXX”提示加第二级负荷………重复上述操作直到第(n-1)点时(n为线性测试的分点数),在显示完该点示值与线性理论值的误差和百分比误差后接着显示在前面(n-1)个点中误差最大的点号及该点的最大百分比误差,随后显示“H0”提示去掉所有负荷让仪表回零进入下一台标定。
标定中若传感器信号线接反则蜂鸣器鸣叫警告并自动退出标定。
5为提高仪表自身精度的一些措施
为提高对传感器标定时仪表自身的准确度,本仪表具有标定功能,可让仪表进入自动标定子程序,向仪表接入标准信号,置入标准数值使之达到一致。
若分点测试值与标准表的示值有误差时可进入本仪表的非线性校正子程序,选择误差最大的点置入点号和应修正的量值完成仪表自身线性化。
6结语
本文介绍的仪表经实际使用证明大大提高了标定效率,杜绝了人为计算误差,节省了大量人工工时,特从设计的角度介绍了该仪表研制的思路和心得供大家参考。

 

 

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