電子分析天平詳細(xì)介紹

電子分析天平是一種集傳感器技術(shù)、電磁學(xué)、模擬和數(shù)字電子技術(shù)、智能信息處理、材料、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精密機(jī)械及制造等多學(xué)科技術(shù)為一體的高尖端精密計(jì)量儀器，在國防、醫(yī)藥、質(zhì)量控制、實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。電磁力平衡傳感器是電子分析天平的核心部件。

目前，我國的傳感器設(shè)計(jì)還處于仿制階段，缺乏基礎(chǔ)研究，無法保證傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性、一致性等性能。電磁力平衡傳感器由于受基礎(chǔ)材料、精密制造工藝等方面的限制，敏感元件永磁元件簧片與永磁體材料散度大，導(dǎo)致電子分析天平漂移量大、穩(wěn)定性差、響應(yīng)時(shí)間長、示值誤差大。

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因此，為了保證電子分析天平的計(jì)量性能，國內(nèi)學(xué)者開展了漂移補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償、信息處理等一系列研究。然而，目前對(duì)電磁力平衡傳感器機(jī)械稱重機(jī)構(gòu)、永磁體磁路機(jī)構(gòu)等基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與研磨缺乏基本的設(shè)計(jì)與研究，缺乏對(duì)電子分析天平的漂移機(jī)理與非線性影響的全面分析以及有效的智能檢測和信息處理方法的研究，無法彌補(bǔ)電子分析天平計(jì)量性能的影響。

基于國內(nèi)現(xiàn)有的基礎(chǔ)材料、精密制造工藝水平，針對(duì)現(xiàn)有電子分析天平研磨存在的不足，主要開展了以下幾方面的工作：

針對(duì)現(xiàn)有電磁平衡傳感器基礎(chǔ)研究不足的問題，建立了一種基于能量守恒定律的機(jī)械稱重機(jī)構(gòu)的受力模型，對(duì)其敏感元件的等效剛度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地保證了傳感器的靈敏度和穩(wěn)定度指標(biāo)；通過理論分析與仿真，對(duì)敏感元件承載簧片、支點(diǎn)簧片、吊帶簧片的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了基于 ANSYS的永磁體磁路結(jié)構(gòu)工程模型，并通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化設(shè)計(jì)后永磁體磁路結(jié)構(gòu)的合理性，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了該結(jié)構(gòu)的最優(yōu)尺寸，并根據(jù) ANSYS建立了永磁體磁路結(jié)構(gòu)模型，并通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化設(shè)計(jì)后永磁體磁路結(jié)構(gòu)的合理性，優(yōu)化設(shè)

(2)針對(duì)現(xiàn)有電子分析天平溫度漂移與時(shí)間漂移補(bǔ)償方法滯后及示值漂移大等問題，對(duì)電子分析天平溫度漂移和時(shí)間漂移機(jī)理進(jìn)行了深入分析。采用基于溫度漂移的微分反饋光電檢測電路和恒流源接收電路，克服了溫度對(duì)機(jī)電平衡位置的影響；采用了基于多點(diǎn)溫度的永磁體改進(jìn)、智能標(biāo)定、元器件優(yōu)化等多項(xiàng)措施，有效地降低了電子分析天平的時(shí)漂影響；針對(duì)永磁體、線圈等溫度敏感部件的溫升特性，建立了基于多點(diǎn)溫度檢測的永磁體與線圈溫度軟測量數(shù)學(xué)模型；結(jié)合溫度漂移試驗(yàn)研判法，建立了基于溫度漂移和溫度漂移的數(shù)學(xué)模型。基于時(shí)間漂移實(shí)驗(yàn)研究，提出了一種基于零位跟蹤技術(shù)的電子分析天平時(shí)間漂移自動(dòng)補(bǔ)償方法。以上方法有效地解決了永磁體材料分散帶來的影響，實(shí)現(xiàn)了電子分析天平溫漂和時(shí)漂的自動(dòng)補(bǔ)償。

(3)針對(duì)現(xiàn)有的電子分析天平非線性補(bǔ)償方法復(fù)雜、示值誤差大的缺點(diǎn)，深入分析了線圈電流磁效應(yīng)和熱效應(yīng)對(duì)電子分析天平非線性特性的影響，建立了基于 ANSYS的單線圈永磁體磁路、單線圈鐵心磁路和雙線圈永磁體磁路的電流磁效應(yīng)分析模型，模擬實(shí)驗(yàn)研究了電流磁效應(yīng)產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度以及附加磁場對(duì)電子分析天平非線性的影響；通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)綜合得到線圈電流磁效應(yīng)與熱效應(yīng)用下的電子分析天平非線性輸出數(shù)學(xué)模型；通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)綜合得到了電子分析天平非線性輸出數(shù)學(xué)模型，并通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)綜合得到了電子分析天平非線性輸出數(shù)學(xué)模型，并提出了一種基于牛頓插值的非線性補(bǔ)償方法，并對(duì)電子分析天平的非線性特性及電子分析天平的非線性特性進(jìn)行了理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)綜合，建立了一種基于牛頓插值的非線性補(bǔ)償方法，保證了電子分析天平在全量程范圍內(nèi)具有較好的線性特性，并通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)綜合得到了線圈電流磁效應(yīng)和熱效應(yīng)對(duì)電子分析天平非線性輸出數(shù)學(xué)模型的影響，模擬實(shí)驗(yàn)研究了電流磁效應(yīng)產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度以及附加磁場對(duì)電子分析天平非線性的影響，并通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)綜合得到了線圈電流磁效應(yīng)和熱效應(yīng)對(duì)電子分析天平

(4)針對(duì)現(xiàn)有電子分析天平稱重響應(yīng)時(shí)間長、穩(wěn)定性差等問題，提出了基于卡爾曼濾波器和基于多級(jí)閾值約束的稱重信息判別方法，有效地兼顧了電子分析天平的靈敏度和穩(wěn)定性，提高了響應(yīng)速度，縮短了穩(wěn)定時(shí)間。