在线实时数字平衡式自动称重系统的研究

　　0引言

　　实时高准确度地测量自动生产线上产品的重量是一项重要而又较难的课题。对自动生产线上实时称重系统的技术要求要比一般称重装置高，除高准确度外，还要求测量的快速性、长期连续运行的可靠性和性能稳定性。本系统采用MC68og作为运算主控单元，VFC与CPU结合，D/A反馈逐次比较法，使系统最大称重300oKg准确度达士0.SKg，称重周期小于5秒，具有零点漂移自动校正功能，可与钢管生产线的主控计算机通讯，实现在线实时全自动重量测量，经济效益显著。

　　1方案描述与理论分析

　　自动称重有开环(非平衡式，图1)和闭环(平衡式，图2)两种方案，常用的称重装置多属于前者。由图1可见其系统的准确度除取决于传感器外，还取决于测量放大器、A/D、1/0和CPU，特别是A/D，高性能的A/D价格昂贵，这些因素限制了这种开环测量系统性能的提高。

　　本文研究的是数字平衡式称重系统。由称重传感器输出的电压信号经比较放大后送VFC和状态输出电路，VFC和状态输出电路把电压信号转换为微机可接受的数字信号与状态，MC68og通过D/A实现负反馈，逐次比较使测量系统迅速达到平衡，由此可得到作为数字输出的测量值，它能按照要求进行数字显示和处理。闭环系统中值得注意的是VFC、CPU和DAC三个环节。前两部分结合极易实现高分辨率A/D和状态输出。原理如图3所示。

　　计数器1和2对VFC信号和时钟信号采样时间用VFC信号实现同步控制，当一次转换结束后，计数器1、2所计数分别为n和N，用n/N作为系统输出，则

　　其中T。为时钟脉冲周期。任一输入EI，输出端量化增量为n/N2，所以分辨率为

　　其中T:为实际采样时间。式(2)表明系统分辨率取决于f。与T2之积而与vFC无关。图3的基本方程为注意至。漂移和vFc的单向工作特性，引入基准电压VR和偏压V。，则对每次测量分别取E1=0，E1=VR，E1=Vx，则VP所以有基本关系式

　　图4为闭环系统中D/A的方块图。其中V(t)为传感器输出的电压信号，Vf(t)为D/A输出的电压信号。

　　由式(1)看出，VFC和CPU结合实质上是一个放大环节，设其放大系数为K:。D/A也是放大环节，设其放大系数为H。于是图4可简化为图5。由图5可看出

　　线路设计取K1>105，

　　显然，该系统的输出几乎与主回路的放大器、VFC、CPU等的参数无关，而仅决定于反馈回路D/A的传递系数H。因此，只要采用高性能的D/A就可得到高品质的测量系统，这正是数字平衡式系统远优于其它系统的原因所在。