根據對電子秤的工作原理的深入了解以及借助各種測量方式，剖析電子秤的誤差存在方式，其存在主要與其組成部分有著(zhù)密切的關(guān)系。本文 通過(guò)找出電子秤四角偏載、稱(chēng)量、鑒別力及重復性的誤差來(lái)源，進(jìn)一步分析努力尋找減小電子秤誤差的解決方法。

1.前言

電子秤的誤差是對稱(chēng)量結果準確度的定量描述。電 子秤在應用中經(jīng)常會(huì )遇到誤差問(wèn)題。這不僅影響電子秤 使用的可靠性，也會(huì )不同程度損害電子秤使用者的利益。 研究電子秤的誤差來(lái)源是研究電子秤的一個(gè)重要問(wèn)題。 對電子秤的稱(chēng)量性能進(jìn)行分析，掌握其誤差來(lái)源有助于 提高電子秤檢定工作的質(zhì)量和效率。本文從作者的實(shí)際 工作經(jīng)驗出發(fā)，通過(guò)深入了解電子秤的工作原理，淺談在 實(shí)際情況中電子秤的主要誤差來(lái)源和解決辦法。

電子秤是稱(chēng)重臺將物體重力傳遞至稱(chēng)重傳感器，使 傳感器彈性體發(fā)生變形，在激勵電壓作用下輸出電壓信 號，經(jīng)線(xiàn)性放大器將信號放大，然后轉換為數字信號，由 微處理器對質(zhì)量信號進(jìn)行處理后直接顯示質(zhì)量值。電子 秤的稱(chēng)量誤差主要來(lái)源于其不同的組成部分。其中包括 由稱(chēng)重傳感器的靈敏度引起的四角偏載誤差，由傳感器 稱(chēng)量的線(xiàn)性變化、零點(diǎn)漂移和稱(chēng)重臺擦靠造成的稱(chēng)量誤 差，由此機械連接中的摩擦和應力造成的鑒別力誤差，由 電子秤傳感器側向力和傳感器條件不滿(mǎn)足時(shí)引起的重復 性誤差，由電子秤分度數設置引起的誤差。此外，根據電 子衡器是利用物體在重力作用下彈性體產(chǎn)生變形來(lái)測定 重力的量值的原理，稱(chēng)重的結果反映了一定質(zhì)量的物體 所受重力的大小，因此各地重力加速度值不同，也會(huì )使同 一臺秤在兩地之間的示值不同引起誤差。

2.誤差的來(lái)源

2.1電子秤的工作原理：電子秤是利用物體在重力作用 下彈性體產(chǎn)生變形來(lái)測定重力的量值。電子秤主要由稱(chēng) 重臺、稱(chēng)重傳感器、接線(xiàn)盒、屏蔽信號電纜和稱(chēng)重顯示儀 表組成。其過(guò)程是:將被稱(chēng)量的物體置于稱(chēng)重臺上，由于 受到重力的作用，稱(chēng)重臺將會(huì )受到力的作用而發(fā)生彈性 形變，發(fā)生形變的傳感器彈性體將產(chǎn)生激勵電壓，此電壓 值是與物體的重量成正比的，最后通過(guò)放大電路轉換成 數字信號，并由顯示器顯示出來(lái)。

2. 2誤差的來(lái)源：通過(guò)對電子秤的原理分析發(fā)現，其不 同的組成部分會(huì )產(chǎn)生出不同的誤差來(lái)，下面介紹四種不 同部分的誤差：

（1）四角偏載誤差:偏載測試要求電子秤在加載以 后，被測重物在秤臺上位置的變化不應引起稱(chēng)重測量結 果的變化。因此，四角偏載誤差來(lái)源于稱(chēng)重傳感器的靈 敏度。由于電子秤稱(chēng)重傳感器的彈性體和電阻應變計等 關(guān)鍵材料的差異，以及制造工藝方面還不完善，每個(gè)稱(chēng)重 傳感器的絕對靈敏度就有所不同，造成相同的激勵電壓， 而各稱(chēng)重傳感器的信號輸出不一樣，產(chǎn)生四角偏載誤差。 為了減小四角偏載誤差，電子秤在每個(gè)傳感器的支路連 接有電位器，可以通過(guò)調整阻值，利用不同電阻的分壓不 同，平衡各支路的信號輸出。

（2）稱(chēng)量誤差:傳感器稱(chēng)量的線(xiàn)性變化、零點(diǎn)漂移和 稱(chēng)重臺擦靠都是造成稱(chēng)量誤差的直接原因。

①傳感器稱(chēng)量線(xiàn)性變化。由于溫差、沖擊力、浮塵等 的影響，傳感器承受載荷與其相應輸出電壓之間并非成 直線(xiàn)關(guān)系，使電子秤傳感器的稱(chēng)量線(xiàn)性發(fā)生較大的變化。 有時(shí)部分稱(chēng)量點(diǎn)的誤差較大，進(jìn)行稱(chēng)量的線(xiàn)性校準，即分 段校準電子秤的稱(chēng)量，稱(chēng)量的相對誤差將大大減小。② 零點(diǎn)漂移。電子秤在使用過(guò)程中受到大小不同且多次往 復沖擊載荷的影響，傳感器的受力情況非常復雜，最終導 致傳感器的觸點(diǎn)發(fā)生改變，使檢定時(shí)的原始狀態(tài)產(chǎn)生了 變化，造成零點(diǎn)漂移，產(chǎn)生誤差。③擦靠。擦靠影響力的 傳遞，這樣加載時(shí)的重量不能完全作用到稱(chēng)重傳感器上， 稱(chēng)重傳感器的輸出信號自然偏小，此類(lèi)情況，往往小稱(chēng)量 基本正常，加大負荷后，顯示值明顯減小。

⑶鑒別力誤差:鑒別力反映電子秤對載荷微小變化的 反應能力，鑒別力測試的目的是檢驗秤體結構的連接和摩 擦，因此機械連接中的摩擦和應力是鑒別力誤差的主要來(lái) 源。此夕卜，因為鑒別力針對的是微小變化，所以稱(chēng)重傳感器 和稱(chēng)重儀表的分辨力對鑒別力誤差也影響較大。

(4)重復性誤差:重復性誤差在相同負荷和相同環(huán)境 條件下，連續數次進(jìn)程試驗所得的稱(chēng)重傳感器輸出讀數 之間的差值。它是由一些比較固定的因素影響而產(chǎn)生 的，除了稱(chēng)重測量時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)力、重力場(chǎng)等環(huán)境條 件變化所引起的重復性誤差外，主要有電子秤傳感器側 向力和傳感器條件不滿(mǎn)足時(shí)引起的重復性誤差。

①電子秤傳感器側向力引起的重復陛誤差由于受現 場(chǎng)環(huán)境的限制,容易造成負載接受器上下移位,致使稱(chēng)重 臺對稱(chēng)重傳感器作用力不垂直。傳感器所受側向力是由 秤體傳力機構的設計和制造誤差引起,具體體現在各傳 感器上下安裝基面本身及其之間的水平度、秤體的整體 剛度及相關(guān)的局部剛度等方面產(chǎn)生的重復性誤差。

②傳感器條件不滿(mǎn)足時(shí)引起的重復性誤差電子秤稱(chēng) 重時(shí),對秤體的機械傳力機構的傳力特性、傳感器參數的 一致性、傳感器的激勵電壓等,都要滿(mǎn)足一定的條件,秤 體的傳力機構應保證傳感器所受載荷與被測重量成正 比,才能保證稱(chēng)重測量結果的準確性。

③角差引起的重復性誤差電子秤稱(chēng)重時(shí)傳感器的信 號是通過(guò)接線(xiàn)盒傳輸給稱(chēng)重顯示儀表,如果傳感器的某 些參數不一致或接線(xiàn)盒中電位器調整不平衡都會(huì )引起電 子秤的角差,此時(shí)重物在稱(chēng)重臺的不同位置就會(huì )產(chǎn)生重 復性誤差 。

(5)重力加速度引起的誤差：電子秤測量的不準確除 了與上述的誤差有關(guān)外,重力加速度也會(huì )對測量的準確 性產(chǎn)生影響,根據力學(xué)原理可把稱(chēng)重分為利用力的動(dòng)力 效應稱(chēng)重和利用力的靜力效應稱(chēng)重。而電子秤稱(chēng)重利用 的是靜力場(chǎng)效應,靜力效應稱(chēng)重(也稱(chēng)為重力變形法稱(chēng) 重)就是利用物體在重力作用下彈性體產(chǎn)生變形或內應 力的大小來(lái)測定重力的量值。由于電子秤是用重力來(lái)標 定的，顯示結果為重量,所以如果各地重力加速度值不 同,會(huì )使同一臺秤在兩地之間的示值不同。最后衡量結 果與重力加速度有關(guān)。重力加速度變化對稱(chēng)量結果影響 的處理方法：①利用電子衡器本身設計軟件進(jìn)行重力補 償,如某衡器廠(chǎng)生產(chǎn)的ACS系列電子計價(jià)秤可以直接輸 入使用地的重力加速度，由單片機自動(dòng)處理后進(jìn)行異地 校準。②利用電子衡器本身設置一組二進(jìn)數開(kāi)關(guān),通過(guò) 改變開(kāi)關(guān)的狀態(tài)來(lái)改變放大倍數,對重力加速度變化帶 來(lái)的誤差進(jìn)行修正,也可用電位器進(jìn)行調整。③生產(chǎn)廠(chǎng) 家可以根據本地與電子秤使用地之間重力加速度的差值 進(jìn)行折算。④用自動(dòng)標定方法進(jìn)行消除。電子秤到使用 地后,在電子秤上放置一定質(zhì)量的標準砝碼,通過(guò)鍵盤(pán)輸入操作系統,經(jīng)過(guò)微處理而獲得砝碼的標稱(chēng)值?，F在 的電子秤基本都使用自動(dòng)標定方法,校準既簡(jiǎn)單又明了。

當然還會(huì )有其他因素例如環(huán)境（空氣的濕度,磁場(chǎng) 等）因素影響電子秤的測量的準確性,我將會(huì )在以后的論 文中繼續深入研究。

3.解決方法

對于以上所談的各種影響電子秤測量精度的因素, 在其敘述過(guò)程中已經(jīng)給出了解決的方法了，在這里我想 提出另外的提高電子秤性能的方法,就是利用更好的性 能的單片機來(lái)改進(jìn)電子秤的性能。例如可以采用 AT89C52這種型號的單片機,其內部帶有8k字節的 FLASHROM ,而且低功耗,價(jià)格便宜,可以廣泛用于控制 和測量系統中,測量模塊包括傳感器,信號采集和濾波電 路,傳感器采用雙孔平行梁式力傳感器,其特點(diǎn)是無(wú)論安 放在任何位置不會(huì )影響輸出值?？刂菩盘栍蓡纹瑱C發(fā) 出,還可以通過(guò)固態(tài)繼電器消除控制對相對單片機的不 良影響,具有反應速度快,無(wú)觸點(diǎn)及使用壽命長(cháng)的特點(diǎn)。 顯示與輸入設備也可任意搭配選取,總之,采用具有更好 的適應性和控制性的智能芯片可以提高電子秤的測量準 確度,我今后也會(huì )更加努力致力于這方面的開(kāi)發(fā)。

4.小結

本文在對電子秤的原理有更深入了解的基礎上,為 了更高效、方便、快捷的使用電子秤,通過(guò)找出電子秤的 不同種類(lèi)誤差來(lái)源,幫助我們解決實(shí)際工作中電子秤存 在的誤差問(wèn)題。