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      电子分析天平详细介绍

      [2021/11/4]

      电子分析天平是一种集传感器技术、电磁学、模拟和数字电子技术、智能信息处理、材料、结构力学、精密机械及制造等多学科技术为一体的高尖端精密计量仪器,在国防、医药、质量控制、实验室等领域广泛应用。电磁力平衡传感器是电子分析天平的核心部件。

      目前,我国的传感器设计还处于仿制阶段,缺乏基础研究,无法保证传感器的灵敏度、稳定性、一致性等性能。电磁力平衡传感器由于受基础材料、精密制造工艺等方面的限制,敏感元件永磁元件簧片与永磁体材料散度大,导致电子分析天平漂移量大、稳定性差、响应时间长、示值误差大。

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      因此,为了保证电子分析天平的计量性能,国内学者开展了漂移补偿、非线性补偿、信息处理等一系列研究。然而,目前对电磁力平衡传感器机械称重机构、永磁体磁路机构等基础的设计与研磨缺乏基本的设计与研究,缺乏对电子分析天平的漂移机理与非线性影响的全面分析以及有效的智能检测和信息处理方法的研究,无法弥补电子分析天平计量性能的影响。

      基于国内现有的基础材料、精密制造工艺水平,针对现有电子分析天平研磨存在的不足,主要开展了以下几方面的工作:

      针对现有电磁平衡传感器基础研究不足的问题,建立了一种基于能量守恒定律的机械称重机构的受力模型,对其敏感元件的等效刚度进行了优化设计,有效地保证了传感器的灵敏度和稳定度指标;通过理论分析与仿真,对敏感元件承载簧片、支点簧片、吊带簧片的尺寸进行了优化设计,建立了基于 ANSYS的永磁体磁路结构工程模型,并通过理论分析与仿真实验验证了优化设计后永磁体磁路结构的合理性,并优化设计了该结构的最优尺寸,并根据 ANSYS建立了永磁体磁路结构模型,并通过理论分析与仿真实验验证了优化设计后永磁体磁路结构的合理性,优化设

      (2)针对现有电子分析天平温度漂移与时间漂移补偿方法滞后及示值漂移大等问题,对电子分析天平温度漂移和时间漂移机理进行了深入分析。采用基于温度漂移的微分反馈光电检测电路和恒流源接收电路,克服了温度对机电平衡位置的影响;采用了基于多点温度的永磁体改进、智能标定、元器件优化等多项措施,有效地降低了电子分析天平的时漂影响;针对永磁体、线圈等温度敏感部件的温升特性,建立了基于多点温度检测的永磁体与线圈温度软测量数学模型;结合温度漂移试验研判法,建立了基于温度漂移和温度漂移的数学模型。基于时间漂移实验研究,提出了一种基于零位跟踪技术的电子分析天平时间漂移自动补偿方法。以上方法有效地解决了永磁体材料分散带来的影响,实现了电子分析天平温漂和时漂的自动补偿。

      (3)针对现有的电子分析天平非线性补偿方法复杂、示值误差大的缺点,深入分析了线圈电流磁效应和热效应对电子分析天平非线性特性的影响,建立了基于 ANSYS的单线圈永磁体磁路、单线圈铁心磁路和双线圈永磁体磁路的电流磁效应分析模型,模拟实验研究了电流磁效应产生的附加磁感应强度以及附加磁场对电子分析天平非线性的影响;通过理论分析与仿真实验综合得到线圈电流磁效应与热效应用下的电子分析天平非线性输出数学模型;通过理论分析与仿真实验综合得到了电子分析天平非线性输出数学模型,并通过理论分析与仿真实验综合得到了电子分析天平非线性输出数学模型,并提出了一种基于牛顿插值的非线性补偿方法,并对电子分析天平的非线性特性及电子分析天平的非线性特性进行了理论分析与仿真实验综合,建立了一种基于牛顿插值的非线性补偿方法,保证了电子分析天平在全量程范围内具有较好的线性特性,并通过理论分析与仿真实验综合得到了线圈电流磁效应和热效应对电子分析天平非线性输出数学模型的影响,模拟实验研究了电流磁效应产生的附加磁感应强度以及附加磁场对电子分析天平非线性的影响,并通过理论分析与仿真实验综合得到了线圈电流磁效应和热效应对电子分析天平

      (4)针对现有电子分析天平称重响应时间长、稳定性差等问题,提出了基于卡尔曼滤波器和基于多级阈值约束的称重信息判别方法,有效地兼顾了电子分析天平的灵敏度和稳定性,提高了响应速度,缩短了稳定时间。



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