电子天平预处理方法研究

高准确度质量称量一般采用电磁力反馈平衡零 位法原理, 但称重仪器结构复杂, 测量速度较慢, 称 量数据容易受噪声干扰, 称量的稳定性和准确度受 到影响。德国 Sartorius、瑞士 Mettler-Toledo 等国 外公司生产的电子分析天平采用了比传统的多级杠 杆结构式传感器分辨率高 10 倍的单模块传感器, 具 有可靠性好、灵敏度高、准确度高、抗噪声能力强等特点, 大大降低了数据预处理难度。

国内生产 的电子分析天平因受制造工艺技术制约, 仍采用多 级杠杆结构式电磁力平衡传感器, 其结构复杂, 部 件连接件多, 且称量电路结构复杂, 质量称量容易 受噪声干扰, 数据信息处理难度高。以称量分辨 率为 0.1 mg 电子分析天平为例, 国产 0.1 mg 电子天平在稳定性、灵敏度、可靠性等方面与国际水平有 明显差距, 如传感器装配复杂, 可靠性低, 长时间称 量稳定性不好, 如何提高国内电子分析天平的计量性能一直是国内天平行业的研究热点。

为此, 本文在国内现有的多级杠杆结构式电磁 力平衡传感器基础上, 对电子分析天平进行了电路 优化设计, 充分利用 ?-Σ 型 A/D 转换器集成度高、 单片机信息处理能力强的特点, 提出并建立了电子 分析天平的自适应滤波方法和多阈值判别方法, 实 现了电子分析天平的快速、准确称量, 研制的量程 210 g、分辨率 0.1 mg 的电子分析天平响应时间<0.3 秒, 稳定时间≤4 秒, 称量的最大允许误差 MPE≤ ± 0.3mg, 优于国家标准《JJG 1036-2008 电子天平检 定规程》规定的一级天平示值误差指标。

本文提出的自适应滤波方法与多阈值判别方法 比较好地兼顾了电子分析天平的稳定性和灵敏度二 者关系, 完全达到了系统设计要求, 满足了国内天 平生产与应用的需要。在此基础上研制的量程 210 g、 分辨率 0.1 mg 的电子分析天平具有称量误差小、重 复性好的特点, 性能优于国内同类产品。样机试用半 年以来, 运行可靠、稳定性好、响应速度快, 已投入 批量生产。