电容式电子吊秤原理与应用

        一、电容式电子吊秤产生的历史和原因

　　八十年代初，由于物资流通过程中需要使用电子吊秤来提高工作效率，而当时国内尚未有达到商用秤水平的商品化的电子吊秤产品，因此我们开始了自行研制电子吊秤的工作。因当时国内应变式称重传感器基础材料(如应变片箔材、应变胶等)的技术水平、传感器制作工艺水平等制约因素的限制，应变式称重传感器的精度较低，尚满足不了商用电子吊秤的要求。经过对几种原理方案的分析对比，我们认为电容式称重传感器对基础材料的依赖性较小，研制所需的材料容易解决，研制成功的可能性较大，因此最后选择了电容式电子吊秤的方案。在方案的确定过程中，我们得到了有关领导和中国计量科学研究院施汉谦等专家的支持和帮助，在此表示感谢。

　　二、电容式电子吊秤的结构与原理

　　电容式称重传感器的结构:电容式称重传感器是由类似测力环的扁环形弹性元件、极板、极板支架、LC振荡电路、密封壳等元件组成的变间隙式电容传感器。为了简化结构同时也为了提高稳定性，传感器的一个极板用弹性体的表面代替，另一片通过绝缘瓷片固定在极板支架上。传感器安装在圆筒形的秤壳中，为了减少偏载形成的弯矩和侧向力的影响，秤壳的下部装有承剪膜片和万向节。

　　电子吊秤电路组成:无线传输的电子吊秤分为秤体和仪表两大部分。秤体电路包括由传感器电容和陶瓷骨架的稳定电感器组成的LC振荡器、热敏电阻温度传感器、编码器电路、无线发射机、电源等;仪表部分包括无线接收机、解调电路、微处理机、显示器及驱动电路、微型打印机、键盘、大屏幕及RS一232接口、电源等。

　　编码器电路参见图1，是由时序电路、RC振荡器式温度变换电路、计数器、校验电路、电压比较器、并人串出移位寄存器、调制电路、驱动电路等组成。刚开始批量生产时采用4000系列中、小规模CMOS电路组成，后来开发了专用集成电路，将大部分功能集成在一块集成电路中，提高了可靠性，减小了编码器的体积。

　　电容式电子吊秤采用的这种非差动式的变间隙电容传感器非线性非常大，不进行补偿无法应用。在实际运用中采用了分段抛物线插值的算法进行线性化处理。具体方法是，从零点到120%最大秤量分为12个秤量点，在常温、低温、高温下逐点进行标定，为了考察传感器的稳定性，要进行两个循环的温度试验，测量出传感器的输出特性曲线和温度影响曲线，用曲线拟合的方法外推出一1力级的数据并求出各秤量段的抛物线参数，将这些参数与温度影响曲线参数一起写人称重仪表的EPROM中，供微处理器在称量时计算重量使用。