基于新型补偿原理的称重显示仪表

　　一、引言

　　电子衡器的设计制造中，压力传感器的温度误差和内部放大器的失调电压引起的非零误差直接关系到衡器的准确度和稳定性。为了提高其性能指标，一般的做法是选用高指标元器件组成复杂电路来实现。这种方法不足之处是使仪表产品成本大增，并且可靠性降低。本文提出一种称重显示仪表的新型补偿方法。这种方法从原理上可以对传感器温漂进行全补偿，并且由于采用了开关调零方式，对内部失调电压也能进行较好补偿，从而降低了对主要器件指标的要求，使仪表具有高的性价比。

　　二、工作原理

　　该称重显示仪表电路原理见图1。下面就两种补偿方式进行详细分析。

　　1、压力传感器温度补偿

　　图1中，R_G1、 R_G2为同型压力传感器，温度特性相同，其中R_G1为测量用压力传感器，R_G2作温度补偿用。运算放大器A:与外围电阻组成有源线性单臂电桥，以消除普通惠斯登电桥输人输出的非线性。

　　根据运放性质，由于运放A1同相端电位与反相端相同，故由A₂组成的有源电桥输出电压

　　式中△RG为压力传感器感受的重力信号，△Rt为压力传感器受温度影响产生的误差。

　　显然，由于传感器中△R,项的存在，使A₂组成的电桥网络重量一电压转换存在非线性，而本补偿措施巧妙地利用了A/D转换器的转换特J性。图1中A/D转换器采用ICL7106，其输出数字量N

　　其中C为转换常数。显然，如果合理地设计U_REF值，可以使A/D转换器输出数字量N与传感器温度误差项△Rt无关。由(1), (2)式可知，当UREF仅与(R+△R_t)项成反比时，仪表输出数字量才不受温度影响(U_IN与U₁成正比)。由于(R+△R_t)就是R_G2值，故UREF可由A₁与R_G2、R组成的简单取样电路获得，图1中，U_REF值即为R俩端电压。由图1电路可得

　　由于U1经A3、A4两级放大后得到UIN，设其放大倍数为K，即UIN=KUI，则由以上各式可得到仪表转换特性:

　　可见，转换器输出数字量N与温度误差项△Rt无关，仅与有用信号八RG成正比，实现了传感器温度误差的全补偿。

　　2.开关调零与失调补偿

　　由于传感器及桥路电阻元件随时间变化会产生蠕变，以及运算放大器零漂与失调的影响，使仪表在无信号时产生不回零现象。本设计电路利用按键开关控制AS进行积分运算，实现了手动调零。

　　假设在无重量负载时电路中运放A4输出总失调电压为U。’这时可以按住点触按键开关，使a、b接通，于是U。’通过R。对当电容C。进行积分，使A3同相端电位改变，迫使输出失调电压往零变化，合理选取电路参数。可使调零过程在很短时间内完成。采用积分调零方式不会产生过调现象，因为调零过程中只要有偏差U。’存在，其积分作用便一直进行，直至偏差U。’回零，积分作用才消失。正常使用(测量)时，松开按键开关，使a、b处断开即可。