引言。
随着称重技术的不断发展，人们对电子衡器的测量精度和自动化程度提出了越来越高的要求。利用日益成熟的微处理器软硬件技术和数字信号处理技术，在原有电子衡器的基础上，进一步提高测量精度，增加衡器的测量功能，对保证产品质量，提高生产效率具有重要意义。
本文针对太原理工大学测试技术研究所开发的OCS-XY电子衡器，对其测量精度和误差进行了综合分析，并对硬件进行了改进，提高了衡器的测量精度和测量功能，取得了良好的效果。
电子衡器的硬件组成及误差。
(1)称重传感器。
系统中使用的载荷传感器是粘贴在剪切型S形工字钢上的粘贴电阻应变片。当附着在应变片上的工字钢变形时，也会引起应变片敏感栅的电阻变化，这种变化可以转化为测量电路输出的电压。为了确定应变片的最佳粘贴位置，对剪切型工字梁进行了有限元分析。分析结果表明，当结构模板基本处于纯剪切状态时，最大主应力方向与方形工字钢轴线的夹角应为45°。
粘着电阻应变片是一种重要的测量敏感元件，是实验应力分析中测量应变和接头应力的主要机电转换元件。应变片的敏感栅除了纵向线栅外，还有圆弧和直线横向栅。横向网格对应变片轴向的应变和垂直于轴向的横向效应都很敏感，因此应变片的变化包含了横向应变的影响，这就是应变片的横向效应。本文采用直径较大的铜线。与纵向网格相比，其横向系数很小，可以忽略不计。
应变片对温度变化非常敏感，附着在试件上的应变片温度变化引起的电阻变化可以等效为应变引起的电阻变化的数量级，因此应变测量中的温度影响和补偿方法是非常重要的问题。如果采用温度补偿板法，即全桥法测量桥式电路，由于温度变化引起的桥式电路相邻两臂的相对电阻变化相互抵消，从而达到温度补偿的效果。实验表明，输出基本不变。
(2)测量放大电路。
衡器采用的测量电路和放大电路。恒定压电电桥电路可以将电阻敏感元件的电阻变化转换成电压变化信号。但由于桥式电路输出的二端信号比较小，不能直接用于测量输出。因此，本文选择仪表放大器作为放大电路，不仅可以放大差模小信号并将其转换为双端输出信号，而且对共模信号有很强的抑制能力。
在电阻应变传感器中，恒压全桥电路可以起到温度补偿的作用。然而，由于四个桥臂的实际电阻值的偏差，桥处于不平衡状态。R5的大小可以决定桥式电路的平衡范围。
一般测量电路输出的信号比较小，不能直接用于显示、记录、控制或A/D转换。所以当不变量被电桥检测到并转换成电的时候，就要连接一个放大器进行放大。但是由于构成放大电路的元件性能不理想，比如输入电阻共模抑制比不是无穷大；输入偏置电流和失调电压不为零，或者放大器电路工作条件不理想，如电源电压不稳定、电路绝缘不良，导致实际运算放大器输出出现偏差。计算了差模电压增益、失调电压、输入偏置电流和电源抑制比引起的误差，最大误差δ为0.071%。
(3)电子衡器的A/D转换器和单片机。
A/D转换器采用MAX111芯片，采用内部自校准电子技术，无需额外外部元件即可实现14位A/D转换。MAX111芯片的温漂和全迟滞的重复性精度为0.21±0.22±0.44±1.70±2.06±4.06±3.02±2.35±2.06±1.91±2.83±4.51，量程误差很小，对电源波动的抗干扰能力也很强，所以max111芯片产生的误差可以忽略不计
单片机采用AT89C2051。它是一款低电压、高性能的CMOS8位微处理器，具有闪存可编程和可擦除只读存储器。该器件采用ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，兼容工业标准MCS-51指令集和输出引脚。
电子衡器的风力电源采用CMOSSDC-DC开关稳压器。其优点是稳定性好，可靠性高。由于它产生的误差很小，本文就不详细描述了。
测量传感器静态特性分析。
理论上，传感器理想的输入输出特性应该是线性的，但是由于上面分析的各种原因，再加上环境温度的变化和放大器零漂移的影响，放大器的输出最终不可能是线性的，如果进行线性处理和分析，会带来非线性误差。为了保证多项式值与逼近函数在整个区间内的误差最小，采用最小二乘法拟合曲线。此外，还分析了传感器两端受力时施力方向与轴线方向的偏差所引起的误差。：
传感器的最大误差为0.44%。当施加的力不偏心时，非线性、滞后和重复性误差最小。当作用力偏心时，不仅非线性误差急剧增大，而且其重复性也有很大误差。因此，当负载传感器的两端受到应力时，使用柔性电缆来消除由应力偏心引起的误差。
测量误差和误差补偿。
从以上分析可以看出，整个称重系统不可避免地会出现一些误差。如何减少误差，提高精度是最需要考虑的问题。采用微处理器对测量结果进行分析和处理，大大提高了称重系统的精度。根据误差的性质，系统误差、随机误差和测量误差中的误差的处理描述如下。
(1)系统误差补偿。
采用非等距分割的方法来校正系统误差。该方法的特点是函数基点的分割不是等距的，而是根据函数曲线形状的变化率修改插值之间的距离。例如，通常使用比例范围的内插距离可以做得更小，而很少使用的比例区域的内插距离可以做得更大。
(2)随机误差的补偿。
随机误差取决于测量过程中的一系列随机因素。随机因素是指实验者不能严格控制的因素。在测量过程中，虽然测量条件不变，但由于一些不可预测的随机事件的影响，多次测量的结果仍然会有所不同，这就是所谓的随机误差。消除随机误差的有效方法是取多次测量的算术平均值。
(3)电子衡器的误差。
在一定条件下测量时，因测量值与实际值明显偏离而产生的误差称为过失误差，也称为粗差。一般来说，误差是由测试操作员在测量过程中的疏忽造成的。有时，测量条件的突然变化，如电源电压的突然变化或机械冲击引起的仪器显示值的变化，也是产生误差的原因。莱特准则，又称3δ准则，可用于判断遗漏误差。其基本内容是:当残差|Vi|>3δ对应于某一测量值Xi时，该Xi被认为是一个错误值，应予以消除。
结论。
原OCS-XY是一种机械衡器，功能单调，无法满足工业自动化生产过程中的连续称重、存储、记忆等诸多要求。而且性能指标完全取决于传感器本身的特性，很难提高其精度。在原有仪器的基础上，应用微处理器软硬件技术和数字信号处理技术，通过数字滤波、线性校正等处理步骤，实现了自校准、自动调零、自选量程、超限报警等多种功能，有效提高了电子衡器的测量精度，使研制的电子衡器超过了国家二级计量器具标准，具有较高的可靠性和推广性。

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