高精度电子秤非线性校正方法
人们总是希望被测物理量与测量系统的输出信号之间呈线性关系,然而,位于系统前端的传感器及其处理电路和接口电路的输入/输出特性都存在非性线特征,测量系统的线性度(非线性误差)是影响系统精度的重要指标之一。对于高精度称重系统中,对称重传感器和信号调理电路进行非线性补偿(即非线形校正)是必不可少的一个环节。高精度称重系统的非线性补偿按其实现方法可分为硬件补偿和软件补偿两种方法;硬件补偿方法又分为称重传感器的非线性补偿和信号采集、调理电路的非线性补偿;
称重传感器的非线性是是由于弹性元件材料本身和结构形式、热处理工艺、应变片性能及粘贴等原因造成,硬件补偿法是采用适当的电子线路和元器件进行的校准,例如采用串、并联电阻网络、改变被测量的零值输出、反馈改变放大器的输入、反馈改变电源电压、变换输出信号的形式、用折线近似放大电路和用非线性放大电路等方法实现[57];这些方法难以做到全量程补偿,并且补偿硬件的漂移会影响整个测量系统的精度,硬件补偿体积大,电路复杂、成本高、调试困难、精度低,不利于小型化。
由于近年来微处理器和集成电路的发展,采用软件补偿实现非线性校正相对于硬件补偿在降低产品成本、简化调试、提高精度等方面表现出了更强的优势。非线性自动校正技术是通过嵌入式软件来实现的,为了消除非目标参量对系统输出的影响,即消除系统的非线性误差,提高测量系统精度,使得输入输出呈线性关系;软件补偿方法从系统的整体入手,不在乎组成该系统的部分有多么严重的非线性特性,也不需要针对每一个环节进行非线性补偿,只需要系统的输入/输出具有重复性。
使用软件补偿方法充分发挥微控制器的信息处理能力,提升系统的测量的准确度和精度;实现以软件代硬件,省去了复杂的硬件补偿电路,简化了系统,降低制造成本;可实现微控制器对多个测量通道、多个参数的线性化和补偿;调试方便,可以在不改变电路硬件结构的基础上,调整软件的结构和实现方式产生不同的线性校正效果,有较强的通用性。