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電子分析天平詳細(xì)介紹

[2021/11/4]

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?jī)x器，在國(guó)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(guó)的傳感器設(shè)計(jì)還處于仿制階段，缺乏基礎(chǔ)研究，無(wú)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(zhǎng)、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(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)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(cè)和信息處理方法的研究，無(wú)法彌補(bǔ)電子分析天平計(jì)量性能的影響。

基于國(guó)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(kāi)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(cè)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(cè)的永磁體與線圈溫度軟測(cè)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(lái)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(chǎng)對(duì)電子分析天平非線性的影響；通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(chǎng)對(duì)電子分析天平非線性的影響，并通過(guò)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(zhǎng)、穩(wěn)定性差等問(wèn)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。