振弦式质量测量技术

　　随着电子信号处理技术的发展，特别是微处理机应用的普及，由多种测量原理构成的电子称重装置已在许多领域内应用。其中尤以频率式传感器发展更为 迅速，数字化振弦式传感器具有灵敏度高，稳定性好，对温度、湿度、振动，倾斜等环境条件适应性强等优点，固此振弦式传感器技术已在国内外广泛应用。

　　国外应用振弦原理设计的电子称重，测力仪表大都已商品化，从商用计价秤到大屏幕显示的地磅秤，从量程可转换的现场数字显示秤到远距离传送的无线吊钩秤等等。

　　各公司设计的振弦式称重仪表中除普通的以一根弦为核心的单弦型传感器外还有运用两根振弦的双弦型传感器。如ArminWirth等人在“测量力和质量的传感器”一文中叙述了一种采用两根弦线的频率比或频率差来测量未知质量的传感器方案。示意图如图1所示。

　　称盘放在刚性支架上，平行四边形导板是用扁平弹簧做的，振弦的一端与框架刚性连结另一端通过张力弹簧分别与上、下支承臂相连。

　　张力弹簧起着力传递作用，选择不同特性的弹簧如材质，刚度不同，可使振弦预应力设定在不同的值，即振弦的初始频率值可调整或控制。当加载(或减载)时，称盘，支架的偏斜，张力弹簧可以起弹性减震作用。

　　附加张力弹簧，通过调整部件的纵向调整可产生不同的张紧力以便抵消皮重，在温度补偿方面它也可起一定作用。

　　利用振弦原理制成的质量测量装置已产品化的例子如K一Tron公司的DMT装置。DMTTheDigitalMaSSTransdureer的缩写。

　　该装置的测量技术类似于机械杠杆天平，将未知质量与己知参考质量比较，其原理图见图2所示

　　从图中可知秤台上无负荷时振弦就受到参考质量的预张力，当被测质量1放于称台上，通过传力机构使弦4a张力减小，弦4b张力增加，两弦的振动频率发生变化，将测得数据进行处理，即能显示被测值。

　　设计师进行周密计算和设计使弦线的夹角和两质量比之间建立一定的关系，并专门考虑了非线性校正措施。(这部分已申请专利)其他辅助措施如对外界振动的缓冲减震装置，整个装置有足够的刚性等问题都给于充分的考虑并付诸实施。

　　该产品的实施主案中用两根振弦的结构，其中很主要的因素是为了减小温度影响。

　　以物理学可知，振弦的基本频率公式是:

　　振弦发出的频率f取决于所加的张力T.弦线的自身质量M，M应是常数，和弦线的长度。但其长度只有当周围环境不变时L才是常数。如果环境温度变 化将使弦线长度发生变化导致振弦的振动频率f的变化，给测量带来误差。现在采用双振弦的方案，两振弦处在同一环境温度影响下，其振动频率变化应是相同的。 在数据处理时两振动弦的频率差或频率比，这样就可以起到温度补偿作用，该产品的温度系数为0.001%F.S/℃。