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    地磅數字式稱重傳感器設計與應用

    介紹了一種數字式稱重傳感器的設計以及在稱重/測力領域中的應 用。它集運算放大、A/D轉換、CPU J/0為一體,輸出為標準的數字量信號,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,精度高,功能多,實現了傳感 器信號的遠距離傳輸,可直接與計算機通訊。經實驗’該數字式稱重傳感器在量程范 圍內均達到0.01%的準確度。
    引言
    用數字式傳感器取代傳統模擬式傳感器以適應 直接與計算機通訊是今后傳感器的發展趨勢。眾所 周知,計算機已經在各個領域得到了廣泛的應用,但 它只能識別數字信號。因此,研究數字式傳感器具有 以下重要意義:
    ①因為數字式傳感器輸出的是標準數字信號, 所以可以直接與計算機通訊。
    ②具有傳輸距離遠、抗干擾能力強、無信號損失 等特點。
    ③保證了傳輸過程中的可靠性和穩定性,解決 了計算機對外界信息處理數字化的客觀要求。
    改革開放以來,特別是我國WT0的加入,越來 越多的外資企業到中國落戶。在衡器行業,美國、德 國、日本等國早已在中國的上海、深圳、常州等地辦 起了獨資或合資企業。不過,到目前為止,他們生產 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 后的發展趨勢已經非常清楚,就是“傳感器+計算 機” o因此,研究數字式傳感器也就成了當前非常迫 切的任務。
    1.研究開發內容和技術關鍵 本課題研究的內容是:
    數字信號的輸出形式以及直接與計算機進行通訊。
    輸出的數字信號應達到的精度和速度。
    對輸入信號的處理、運算、非線性修正、量程變換等。
    實現傳感器輸出信號的高速和遠距離傳輸。 設計的技術關鍵問題是:微型化、非線性修正、 遠距離傳輸
    數字式稱重傳感器內部集成了微處理機、 轉換器、運算放大器以及可編程邏輯電路、穩壓電路 等,結構較為龐大和復雜,因此,要解決的關鍵問題 是如何用最少、最小的電子元件來實現這個系統的 所有功能。數字式稱重傳感器的另一個重要任務是 解決信號輸入的非線性誤差,軟件通過建立相應的 數學模型、插值法等來修正其非線性誤差,用軟件來 實現的關鍵問題是如何建立相應正確的數學模型。 要實現遠距離傳輸,必須處理好距離、干擾和速度之 間的矛盾。
    2.研究方案、技術路線
    研究方案的原理框圖如下:

    技術路線
    根據衡器行業的實際情況,本課題采用了集高 速運算放大器、24位S-A M)轉換于一體的超小 型集成電路CS5M2,每秒可轉換500次以上,從而 保證了信號輸人的高速轉換。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,便于以后軟件的擴充。
    3-主要設計指標 輸出信號:標準asc n碼 波特率:1200—19200可調 非線性:0.01%
    不重復度:0.005%
    4.試驗結果
    為了檢驗數字式稱重傳感器的準確度,參照 G&T7724-1999的檢測方法,用標準測力機進行試 驗,結果見表1。

    5.結束語
    表1的測試結果是經過軟件非線性修正和標度 變換后得到的顯示值。因此,要得到較高的精度,多 點的非線性修正非常重要。另外,采用高分辨率A/D 轉換器也是提髙精度的重要前提。
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