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电子分析天平是一种智能化质量计量仪器, 是广泛应用于国防、科研、工厂、实验室的质量计量标准器具, 具有称量快速、操作简单、自动校准、故障自诊断等多种机械天平所无法具备的功能与优越性。
由于计量精密, 灵敏度高, 温漂与时漂成为影响电子分析天平计量性能的主要因素,是制约电子分析天平稳定性与准确性的重要原因, 克服漂移影响是电子分析天平设计
调试极其关键的环节
电子分析天平的温漂是温度变化对电子分析天平计量性能影响的外部表现, 时漂是电子分析天平长时间工作的不稳定性的外部表现。
产生温漂的主要原因是电子分析天平内过流元件的发热和天平工作环境温度的变化, 产生时漂的主要原因是电子分析天平的永磁体磁感应强度和传感器力敏元件的内部应力随时间的变化、元器件某些参数随时间的变化以及重力加速度随地域的变化, 温漂和时漂从表象上来看, 都是天平加载不变,而测量输出缓慢变化。因此, 温漂和时漂从表象上是难以区分的, 但它们形成的机理各有不同。
温漂与时漂的自动补偿是决定电子分析天平计量性能的至关重要的设计内容。温漂补偿主要包括动圈的温度补偿、永磁体的温度补偿、取样电阻的温度补偿以及环境温度影响的自动补偿。时漂补偿主要包括永磁体、恒弹性材料、机械零部件、电子元器件的老化处理, 以及重力加速度的自动校准等。
1.动圈的温度补偿
欲使动圈受温度影响减小, 主要可从两方面采取措施: 一是保持动圈电阻不随温度变化: 二是保持动圈温度基本不变, 从而保持动圈导线的长度为恒定值。
2 取样电阻的温度补偿
取样电阻 RN 的少许变化, 将引起传感器输出电压的变化, 这一变化经后续电路放大后, 将成为电子分析天平较大的测量误差与漂移。为避免温度变化对取样电阻 RN 的影响, 可将线绕取样电阻采用两种线径相等、温度系数**值相等的正、负温度系数电阻丝串联绕制, 二种电阻丝随温度变化引起的阻值变化相反, 可以保证总电阻即取样电阻不受温度影响。若二种电阻丝的温度系数分别为 QN、- QN , 则取样电阻 RN 在不同温度t 时的电阻值RN ( t ) 为
RN ( t ) = ( 1+ QN$t ) RN ( 0)/2+ ( 1 - QN $t ) RN ( 0)/2
= RN ( 0) ( 6)
式中, $t 为温度变化量; RN ( 0) 为 25 e 时取样电阻的阻值。取样电阻温度补偿的关键是选取正、负温度系数的电阻丝, 绕制时还应保证正、负温度系数电阻丝绕制的电阻各为 RN ( 0)/
2
3 永磁体的温度补偿
环境温度的变化会引起永磁体磁感应强度 B 的变化, 图 1 中的热敏元件和测温电路就是为抑制环境温度对永磁体磁感应强度影响而采取的补偿方法。永磁体的温度变化曲线存储于单片机中, 置于永磁体内的半导体热敏元件将永磁体的温度测量信息经测温电路放大处理后, 送单片机系统, 通过软件修正因温度变化导致永磁体磁感应强度变化而造成的测量误差。
4 永磁体、恒弹性材料及元器件的老化处理永磁体、拉簧、恒弹性片、机械称重零部件、电子元器件等在使用前, 都必须进行老化处理。金属材料可通过热处理, 消除时漂影响; 电子元器件可通过高低温处理稳定其工作性能。永磁体经老化处理后, 磁感应强度的年漂移可控制在 1ppm/ 年的变化范围, 甚至更小。
5 重力加速度的自校准
由式 ( 2) 可见, 电子分析天平的质量称量结果与重力加速度有关。人们常用的重力加速度实际是标准重力加速度, 它是在北纬 45b海平面处的重力加速度的惯用值。事实上, 重力加速度并非常量,它随着纬度、海拔高度等因素的变化而变化[ 2] 。因此, 电子分析天平摆放位置不同, 重力加速度 g值不尽相同。以TMP-200 电子分析天平称量 100g 的标准砝码为例, 若 g = 918000 时天平称量值为 10010000g,当 g 变化 1/1000, 即 g = 918098 时, 天平的输出为
m =1/g*BLI = 1/918098*BLI = 9919001g
产生的称量误差达 010999g, 远远超出了 010002g 的误差要求。
为排除重力加速度 g 对电子分析天平称量准确性的影响, 可在天平内设置一个标准砝码, 或用高精度标准砝码作为天平的校准砝码附件, 通过对标准砝码的称量, 自动校准 g , 并将 g 值存储于单片机系统的存储单元中, 用以修正重力加速度 g 的影响[ 2] 。
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