防水之家讯：1、引言
任何计量器具经过一段时期使用，都会产生误差。对于在恶劣环境的工业现场使用的动态计量设备，误差的产生更是多因素和不可避免的。全面地认识和正确地分析产生误差的原因，不仅对于准确的计量、精确的配料，而且对于生产管理和质量管理都同样具有重要意义。
本文以西南工学院微机所研制的WJP一Ⅲ（恒速秤）和WPP一Ⅲ（调速秤）悬臂式微机皮带秤为例，分析各种误差的原因和处理方法。其它型号的悬臂式皮带秤大同小异，可以参考。
2、误差分析
产生误差的因素可能各种各样，有些可能是难以预料的。本节只讨论对系统精度影响大和较普遍性的误差问题。
2.1 机械零点变化
机械零点变化可能是皮带秤配重变化；皮带张紧变化而引起皮带秤力臂中心变化；减速机内润滑油油量变化；皮带秤积灰；皮带粘料（物料太湿）等。这些变化最终都表现为皮带秤皮重变化。因此，改变配重，调整皮带张紧程度和减速机加油等工作都应在校秤之前进行。皮带秤积灰影响皮重，应定期清扫，一般以每班清扫两次为宜，形成制度。经常检查皮带上有无粘着物料，经常清理。必要时可安装刮板（这种情况不多见）。
2.2 荷重通道误差
皮带秤计量是以荷重信号和速度信号为依据，如果这两个信号通道发生误差，自然会影响皮带秤计量精度。
荷重通道误差由荷重传感器、传输线路和放大器三个环节引入。如传感器的时漂、温漂、疲劳损伤、传感器电源波动；信号传输线路的线路损耗、空间电磁干扰；放大器零点漂移、放大倍数漂移和放大器电源波动等。电源波动和空间电磁干扰在2．4中讨论。其它因素对放大器输出的影响最终可归结成图1所示的线性误差。若放大器理想输入─输出特性为图1所示L1，传输方程为
uO＝k1ui （1）
实际输入─输出特性为L2，传输方程为
U0=k2ui+b（2）
引入误差为
Δu0＝（k2—k1）ui+b（3）
由（3）式可知，线性误差由两部分组成，第一部分为放大倍数漂移引起，第二部分为零点漂移引起。
图1 放大器输入、输出特性
图2 放大器电路简图
放大器零点漂移是直流弱信号放大所特有的问题，多发生在前级放大器。所幸的是，现在荷重通道前级放大器一般使用斩波自稳零第四代运放ICL7650，使得传统的直流放大器主要误差——零漂问题已变得不太突出了。相反，用于调整系统零点的电位器W1（如图2）反倒成了影响放大器零点的主要因素。加入电位器W1作用有二：一是用于放大器初调试（如略去空间电磁干扰的线路信号衰减则是相对固定的零点偏移）；二是迁移荷重传感器引入的附加附差。放大器调试一经完成，一般很少再调整。迁移荷重传感器电桥不平衡引入的零点漂移，在新装传感器时抵消自身电桥不平衡引入的零点误差，使用较长时间后，传感器也会产生不可恢复的疲劳损伤，带来电桥新的不平衡。因此，W1在正常运行以后很少使用。实践证明，在调试完成后，用固定电阻代替，效果较好。
用于调整放大器放大倍数的W2，往往也会因振动和长期使用而触点表面氧化引入噪声。这是有触头元件所共有的缺点。再者，有不少微机皮带秤为调整方便把该电位器装在前面板或后面板上，由于W2一般数十千欧到数百千欧，这样大的电阻容易引入空间电磁干扰。最好的方法就是在系统已经调试完毕后，用固定电阻代替W2。不但减少线路长度，且没有了接触点，是有百益而无一害的。
2.3 速度通道
目前，水泥工业调速式或恒速式皮带秤多采用测速发电机测速。而目前较流行的方式是用直流测速发电机和压频转换元件。这种测速方式主要缺点是引入较大的非线性误差，这是由于测速发电机在大范围内输出特性不线性。解决非线性问题最简单实用的方法是在工作点附近局部线性化。即系统标定应尽可能在工作点附近进行。实践表明，这种方法是行之有效的。
如果对速度线性有进一步要求（如精度等级提高或全量程线性），可以作出测速发电机工作曲线（n/u），如图3所示，再利用软件插值方法解决。
图3 测速发电机工作曲线
当然，解决速度通道全量程线性的最彻底方法是使用脉冲式测速发电机、光电式、霍尔式速度传感器。虽然脉冲式测速发电机的线性度较高，但它仍是间接测速，即测量电机转速，而不是皮带带速，荷重变化、皮带打滑和皮带卡料均得不到反映。因此，利用光电传感器直接测量皮带秤转速是较好的方法。
2.4 干扰问题
微型计算机系统的抗干扰技术是一个复杂的专门课题。本文只对影响系统计量精度的几个主要因素，电源波动和空间电磁场对模拟通道的影响进行探讨。
对于微型计算机和数字通道，较强的干扰给系统带来的直接后果是不能正常工作，如程序不能运行、数据冲乱、系统复位、显示打乱、不能通讯等，这种故障容易被发现。二是如果干扰直观上对数字部分无影响，就不会影响系统计量精度。一般而言，数字通道的抗干扰能力较模拟通道强。这也是数字电路使用开关量的优点之一。
对于模拟通道，干扰对其的影响主要体现在两个方面，一是电磁耦合通过传感器信号线加入放大通道，二是电源波动影响放大器正负电源对称度和稳定度。
解决由传感器通道引入电磁干扰的常用方法是根据传输距离正确的选用屏蔽电缆的芯径和屏蔽层良好接地，并在放大器前端设置低通滤波器，滤出交流分量。
动力设备启停和电网波动都会影响计算机电源、放大器电源、传感器电源、采样参考电源。自然，这些电源本身质量不高也会引入一些干扰。对于稳定度要求较高的传感器电源和放大器参考电源应采用多级稳压和其他一些特殊措施。一般而言，整个系统对电源要求的顺序是：采样参考电源→传感器电源→放大器电源→计算机电源→打印机电源。
设计者应根据上述各电源自身的要求和特点而采取相应措施。对于使用者，在系统总电源前加入一级交流稳压电源是必要的。市场上的交流稳压电源种类繁多。用户常常感到无从下手，况且一些交流稳压电源根本不能起到稳压的作用或者不适合环境恶劣的工业现场，致使一些用户屡屡选择不当。根据笔者经验，电网波动较大或稳压要求不太高的用户，选用广东罗定生产的铁塔牌参数式交流稳压电源。这种稳压电源的特点是稳压范围宽，抗冲击能力强，缺点是稳压精度不高。对电源质量要求较高的用户，可以选用精密净化式交流稳压电源。这种稳压电源的精度较高，缺点是稳压范围窄，只能工作在180～260V范围。对于中小型水泥厂，电源波动常常会超出此范围。
3、控制误差
系统精度应包括计量精度与控制精度。因此，系统误差也应包括计量误差和控制误差。系统计量精度对于广大设计者和使用者容易接受和掌握。而控制精度往往不被人们重视，这就是当今种类繁多的微机配料系统，虽校秤表明系统计量精度高，而实际配料效果差的主要原因。事实上，系统的计量并不是目的，而是通过准确地计量进而达到准确的配料之目的。
那么何为控制精度，怎么才能提高系统的控制精度呢？通俗地讲，控制精度是指由执行器执行的结果与控制器发布指令的统一程度。对于配料系统，控制精度最终体现在给料与配比的精确程度。误差常发生在执行回路，如执行器或相应的放大器。在常见的滑差调速电机系统中，产生误差的主要原因是触发脉冲产生回路与滑差调速电机的非线性。对于有相当市场占有率的电振机加恒速皮带秤构成的系统中，控制误差主要产生于电振机。虽单相可控硅触发回路从电压给定到可控硅输出电压之间线性度较差，但与电振给料机的特性相比，情况还是要好的多，实际运行表明，电振机的线性度、重复性都很差，误差不小于5％。要保证系统控制误差小于1％，采用闭环控制的电振机加恒速皮带秤一般难以达到。
综上，要提高系统控制精度，如下三点考虑是有参考意义的：
（1）电振机输出特性较差，最好不要使用电振机加恒速秤的方式。
（2）在用滑差电机构成的调速皮带秤中，触发脉冲的产生尽量使用线性度较高的集成元件而避免使用单结晶体管触发电路。
（3）在有条件的地方，尽量采用线性度较高的变频调速方式。变频调速技术已经很成熟，价格也为一般的用户所能接受。
4、结束语
在悬臂梁式微机皮带秤中，引入的计量误差主要是皮重变化，放大器零点漂移，荷重信号回路的电磁干扰，电源波动对放大器的干扰等。消除这些误差是通过正确操作与管理，屏蔽线的正确选用与良好接地。由于工业现场动力负载的启停对计量系统的影响是不可避免的，故合理选用交流稳压电源很有必要。
提高系统控制精度也是一个非常重要的课题。这对于设计者和设备选型部门应该引起高度重视。
主要参考文献
1. 马建国．一个全新的水泥生料成分集散控制系统研制．西南工学院学报．1993，（4）．
2. 潘新民，王燕芳．单片微型计算机实用系统设计．北京：人民邮电出版社，1992．
3. 赵依军，胡戎．单片微机接口技术。北京：人民邮电出版社，1989．
4. 黄一夫．微型计算机控制技术．北京：机械工业出版社，1988．
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