介紹了一種高精度變換器的設(shè)計(jì)以及在稱重測(cè)力域中的應(yīng)用。它集多通道、運(yùn)算放大器A/ D CPU I/O為一體，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量信號(hào)，外殼采用全不銹鋼設(shè)計(jì)，具有密封性好、抗*力強(qiáng)、精度 高、功能多，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)傳感器的遠(yuǎn)距離傳輸，可直接與計(jì)算機(jī)通信。實(shí)驗(yàn)證明：該變換器的精度達(dá)到了 0.01 %。

　　引言

　　*，計(jì)算機(jī)巳經(jīng)在各個(gè)域得到了廣泛的應(yīng)用， 但它只能識(shí)別數(shù)字信號(hào)。因此，對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)字變換和 處理具有非常重要的意義。先，經(jīng)過(guò)變換和處理后輸出 的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，可直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。其次，它具 有傳輸距離遠(yuǎn)、抗*力強(qiáng)、無(wú)信號(hào)損失等特點(diǎn)，保證了 傳輸過(guò)程中的可靠性和穩(wěn)定性，解決了計(jì)算機(jī)對(duì)外界信息 處理數(shù)字化的客觀要求。

　　目前，地磅行業(yè)生產(chǎn)的主要還是模擬式的傳感器，因 此，傳輸距離和抗*力都受到了限制。國(guó)內(nèi)的幾家大 型地磅制造廠，雖然也在研究這方面的問(wèn)題，但仍沒(méi)有* 解決多只傳感器信號(hào)輸入和高速傳輸之間的矛盾。不過(guò)， 以后的發(fā)展趨勢(shì)就是“傳感器+計(jì)算機(jī)”。因此，高精度變 換器也就成了傳感器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信*的重要裝 置，可廣泛應(yīng)用于由多只傳感器組成的稱重系統(tǒng)(如，電子 汽車衡、配料秤、平臺(tái)秤、軌道衡等)。

　　1.變換器的組成

　　變換器的組成如圖1所示。

　　2.變換器的工作原理

　　2. 1 A/D轉(zhuǎn)換

　　根據(jù)地磅行業(yè)的實(shí)際情況，采用了集高速運(yùn)算放大器、 24位2-AV D轉(zhuǎn)換于一體的超小型集成電路CS5532每秒 可轉(zhuǎn)換500次以上，從而保證了信號(hào)輸入的高速、高精度轉(zhuǎn) 換，A/ D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路如圖2所示。

　　2.2 主控機(jī)

　　隨著通道數(shù)的逐步增多，計(jì)算機(jī)有限的2個(gè)串行口已 經(jīng)顯得力不從心，要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是通道數(shù)和傳輸速度 之間的矛盾。變換器內(nèi)部集成了以AT89C2051微處理器 (CPU)為核心、CS5532A/D 轉(zhuǎn)換器、AT24C04 存儲(chǔ)器、78L05 穩(wěn)壓器，MAX232C串行輸出電路等，結(jié)構(gòu)較為龐大和復(fù)雜。

　　為了做到微型化，有利于現(xiàn)場(chǎng)的安裝，整個(gè)系統(tǒng)均選用貼片 式封裝的電子元件。變換器的另一個(gè)重要任務(wù)是解決信號(hào)輸入的非線性誤差，軟件通過(guò)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型、插值法 等來(lái)修正其非線性誤差;因此，其關(guān)鍵問(wèn)題是建立相應(yīng)正確 的數(shù)學(xué)模型。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，還必須處理好距離、干 擾和傳輸速度之間的矛盾。

　　3.變換器的測(cè)試結(jié)果

　　為了檢測(cè)變換器的精度，參照GB/T 7724-1999的檢測(cè)方法，用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

　　從表1中看出：在50 mV范圍內(nèi)，zui大誤差為 0.001 mVzui大當(dāng)量誤差為0.005 %。

　　4.在地磅中的應(yīng)用

　　4.1角差調(diào)整及數(shù)學(xué)方法

　　地磅根據(jù)秤臺(tái)尺寸和zui大秤量，SCS系列地磅使用4只、6只或8只傳感器，它的關(guān)鍵技術(shù)之一就 是調(diào)整四角誤差使其達(dá)到平衡，即重物放在臺(tái)面的任何位 置其讀數(shù)應(yīng)該是相等的。按照傳統(tǒng)的方法是將各傳感器連 接到一個(gè)模擬接線盒，連接方式為全并聯(lián)方式，再將模擬接線盒與稱重顯示器相連，每只傳感器對(duì)應(yīng)接線盒里的一只電位器，然后，將重物(>量程的1/3)加到第1只傳感器上 面，記錄稱重顯示器上的讀數(shù)，再將重物加到第2只傳感器 上面，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的電位器，使顯示與*只讀數(shù)相同……， 由于模擬信號(hào)調(diào)節(jié)的相互影響，地磅要達(dá)到四角平衡，一般 要經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的調(diào)節(jié)。

　　本變換器采用了全新的設(shè)計(jì)，每只傳感器信號(hào)直接加 到變換器，通過(guò)按鍵可進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置，例如：進(jìn)行上 面四角平衡的調(diào)節(jié)就變得非常簡(jiǎn)單，只需要撳幾下按鍵加 載一遍即可完成，無(wú)需調(diào)任何電位器，省時(shí)又省力。另外， 變換器集成了稱重顯示器上的所有功能，所以，*可以當(dāng) 作一臺(tái)數(shù)字式稱重儀表來(lái)使用。由于變換器內(nèi)部對(duì)每路傳 感器信號(hào)單進(jìn)行放大和A/ D轉(zhuǎn)換，因此，每路信號(hào)是相對(duì) 立的，一旦出現(xiàn)故障，可判別是哪一路信號(hào)出了問(wèn)題(自 診斷)以便及時(shí)更換或修理相對(duì)應(yīng)的傳感器，這個(gè)功能在 目前采用模擬接線盒方式的地磅中是無(wú)法做到的。

　　4.2應(yīng)用結(jié)果及其誤差分析

　　將變換器與一臺(tái)20 t地磅平臺(tái)相連，分度值設(shè)為kg采用20 t標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行標(biāo)定。

　　先，按4 1所示方法用10 t砝碼在四個(gè)角上加載一 遍，然后，將20 t砝碼全部加上，輸入“20000%按|輸入丨鍵 后，變換器顯示“2000CT，卸下砝碼，標(biāo)定結(jié)束。

　　20 t砝碼由10個(gè)組成，每個(gè)2t，采用逐級(jí)加載的方法 進(jìn)行檢測(cè)并記錄，重復(fù)測(cè)試了 3次，得表2所示的測(cè)試結(jié) 果。

　　從表2中看出：在量程范圍內(nèi)，zui大誤差為1 kg zui大相對(duì)誤差為0.008 4 %，*符合標(biāo)準(zhǔn)3級(jí)秤的要 求(0. 1 % ~ 0. 01 %)，而一般采用模擬接線盒方式的地磅只能達(dá)到0.02%。

　　5.結(jié)論

　　變換器比較適合用于多傳感器組成的地磅以及多點(diǎn)自 動(dòng)測(cè)量。與采用模擬接線盒方式組成的稱重系統(tǒng)比較，具 有調(diào)整非常方便的特點(diǎn)，但是，價(jià)格相對(duì)要高一些，因此，它 們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。