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高精度称重系统

发布时间:2022-01-06 16:20:47 |来源:网络转载

随着计算机和测控技术的不断进步与发展,人们对称重系统的要求也越来越高,传统的称重系统已是使用高精度万用表测量称重传感器的输出电压,操作复杂且误差大,很难满足人们的要求,而且,很多领域的一些用间接的测量容积体积来实现侧重量的方法也存在诸多问题,例如:对于超稠、特稠原油,由于其粘度高,流动性差,油中含气不易排出造成假体积,且原油易残留在计量器中,因此采用容积法计量稠油,计量时间长,误差大,耐久性不好。在这一领域从计量原理上正在采用称重的方法计量稠油产量。所以研制出一种高精度、高稳定性的称重系统已经是当前急待解决的事情。

1称重传感器的工作原理

应变片在外力的作用下发生机械形变时,其电阻值将发生变化,这种现象称为应变效应。根据应变效应将应变片粘贴在弹性体上,弹性体受到外界力的作用而产生的应变会传送到应变片,使应变片的电阻值发生相应的变化。通过电阻与电压的关系,可得出电压量的变化,由此便可推导出被测物的质量。

2系统总体方案设计

该称重系统采用电阻应变片式传感器进行测量,直流电桥输出的电压信号经过放大和滤波后,由A/D转换电路进入到单片机系统中,单片机对数据采用了多次采样和去极值取平均值的滤波处理,避免了瞬间干扰对采样的影响,以获得较为可靠的数据。单片机将处理过的数据通过RS232串行接口传送给PC机(上位机),上位机采用VB软件作进一步处理,使称重系统达到高精度的要求。

3下位机硬件电路设

下位机硬件电路主要由传感器后续信号调理电路、A/D转换电路、串口通讯电路组成。

3.1传感器后续信号调理电路

由于电阻应变片所产生的是电阻量的变化,而电阻量的变化又很难加以测量。选择直流差动电桥可使电阻量变化转化为电压信号。但是,通过电桥输出的电压信号非常微弱,难以用一般的测试仪器测出,所以采用美国BURR-BROWN公司生产的精密仪器仪表用放大器INA121进行放大,低通滤波器实现将无用的信号剔除而保留有用的信号。

3.2A/D转换电路

转换电路采用美国AD公司研制的12位逐次逼近型ADC转换器AD574,它内部集成转换时钟、参考电压源和三态输出锁存器。它使用方便,可与微机直接接口,无需外接时钟;转换时间为15~35μs;输入模拟电压既可以是单极性,也可以是双极性。单极性输入时为0~+10V或0~+20V,双极性输入时为-5~+5V或-10~+10V;数字量位数可以设为8位或者12位。12位数据可以一次读出,也可分两次读,便于与8位或16位微机相连。

3.3串口通讯电路

经计算和优化处理的数字信号需要送到上位机作进一步处理和保存,采用芯片MAX232来实现TTL←→RS232双向电平转换,这样就可以实现AT89C51单片机作为下位机、PC机作为上位机的通讯了。

4上位机VB软件设计

上位机系统选用VB语言作为软件开发工具,VB提供的串行通信控件Mscomm可以方便地通过串口与下位机相连,从而实现数据的发送和接收。它简单而高效地实现设备之间的通讯,从而使编程效率大大提高。

5结论

经实验及现场使用表明,本称重系统能够满足高精度、高稳定性的要求,因此进一步验证了系统的可行性与实用性,除此之外,要想在复杂的测量环境中满足高性能的测试要求,还应该进行多方面的考虑,比如:加入应变式桥接补偿电路,解决温度变化引起的桥接平衡点的漂移、测力传感器的灵敏度发生变化;接口电路应尽量采用了电气隔离技术;应变片要保证较好的粘贴工艺等等。根据具体测量环境和精度要求确定具体方案。

 

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