多传感器电子秤非线性补偿电路的研究

自动称重包装系统的自动电子秤的计量精度与稳定性是十分重要的性能指标, 因为它直接关系到企业的信誉和形象。化工一厂苯酐装置成品自动称重包装系统的自动电子秤采用双传感器系统,交付使用后,一直未 能达到相应精度要求。近年来,经本文作者研究及技术改造后,各项指标均达到要求,运行良好。本文从系统存在的问题入手,详细研究和分析了多传 感器电子称的系统结构、传感器应力等, 找到了实际称重时称量值呈现周期性变化的原因,分析并给出了解决称重精 度呈现周期性的方法,增设1个传感器。3个传感器对称布置在料斗正方形平面上,这项改进保证称重重心不至于偏离料斗平面,从而根本上消除了料斗的摆动。同时,又利用传感器非线性补偿电路实现了对传感器的动态补偿,从而消除了因传感器数量的增加而引起的系统非线性的影响对称重机精度的提高同样造成的障碍。经过试验研究的改造最终,使得电子称的称重系统精度由原来的0.22%提高到0.02%,且稳定性得到了很大改善。1系统工作原理如图1所示,称重信号经传感器拾取后转变为电信号，由信号调理电路对输入信号进行放大、滤波、A/D转换进入 F701 F701为带32位微处理器的称重控制仪,具有键盘操作、面板显示及自诊断功能。通过对F701顺控参数的设定,与PLC结合使用对现场执行元件进行控制,完成定量称重与自动包装功能2个传感器对称安装。喂料时,物料冲击引起料斗及吊臂的振动与摆动, 如果称重信号不经过适当的处理,则显示的重量值长时间偏离真实值而不能稳定。对系统作动态分析,系统结构图如图2所示。图2系统结构图Fig2Structurediagramofsystem 设料斗摆动时线速度为V,吊臂长为l,偏离角为θ,料斗重量为mg,传感器的应力为F,则传感器应力F极值出现时刻的规律是周期性的[1],其周期为 TF =2π2k1。实际称重时,称量值呈现周期性变化对应了上述的理论分析。3系统结构的改进消除二传感器系统带来的称量值周期性振荡的方法:(1)应用软件设计算法对传感器应力F值离散加权,从而消除震荡带来的误差。要求较高,暂不采用;(2)对系统结构进行改进,从根本上消除摆动产生的原因。为此, 增设1个传感器。3个传感器对称布置在料斗正方形平面上,这项改进保证称重重心不至于偏离料斗平面。从而根本上消除了料斗的摆动。但传感器数量的增加,由于各个传感器静态漂移在对传感器的动态特性研究中,大多是将其近似为线 性系统,利用线性方法进行研究,这在传感器非线性特性不明显或精度要求不高时是可行的。但是,三传感器系统已 偏离了线性系统齐次性要求,对各传感器输入、输出信号进行比较,不仅有幅值差异, 还存在波形上的改变。究其原因,主要是各个传感器的参数存在差异,其次,动态耦合干扰造成了多传感器系统性能指标受到明显影响。4辅助电路的设计设计辅助电路如图3。整个电路如图分为 2个部分: 第一部分为传感器初始值调节,通过R1,R2的调节,使各个传感器初始电位输出信号相同;第二部分为斜率渐增型 折线函数电路,通过对R3R4,R5的调节,对各个传感器输出非线性特性进行动态补偿。5 试验结果试验结果如表1所示。试验时,每个设定负荷称量3次,根据试验数据计算重复性误差,试验加荷时间间隔为10s。表1称重系统测试结果(标准皮重:0.142kg)Tab1由表1数据看出:经过改造后,称重机线性度得到了保证,而且,系统称量误差及稳定性得到了很大的提高。 6 结束语系统改造前,经常因零漂、超差等故障造成停机,严重影响了十万吨/年苯酐生产指标的完成。维护人员不得不在极其恶劣的环境下频繁清理秤斗,挂码调校。通过电子秤的系统改造,特别是补偿电路板的调节,电子秤的故障率 降低,不仅节省了大量的人工,计量精度也得到了保证。