一种新的高精度电子天平温度补偿方法

　　在以电磁力平衡传感器为主要测量元件的电子天平中,由于计量精密,灵敏度高,温漂与时漂成为影响电子天平计量的主要因素·在电子天平中,温漂是温度变化对电子天平计量性能影响的外部表现,产生温漂的原因主要是电子天平内过流元件的发热和天平工作环境温度的变化·温漂一般有规律,对整机精度影响较大[1,2]·电子天平的时漂是电子天平长时间工作不稳定性的外部表现,产生时漂的原因比较复杂,如天平装配时,因螺丝拧的松紧程度不同,在主机上残留的应力就可能引起时漂·时漂一般无规律,对整机精度影响小[3]·

　　温度补偿通常是指温漂补偿,是电子天平漂移的主要因素·双向加力式电子天平的电路结构不适于用硬件温度补偿,只能另辟蹊径寻找新的解决办法·在产品研制过程中,本文尝试用神经网络的方法实现温度补偿,结果表明,新的温度补偿方法实用性强,精度高,能有效提高电子天平计量精度·

　　1　双向加力式电子天平工作原理

　　无论是单向加力还是双向加力的电子天平,它的机械传感器部分都是一个杠杆结构,如图1所示·

　　电子天平上电时(空载),杠杆都是不平衡的·上电后,增加电磁力(磁缸)线圈中的电流,透过PID模拟电路的调节作用,杠杆恢复到平衡状态·

　　对于应用单向加力原理工作的电子天平,在空载时,①端比②端重·因此,此时磁缸线圈中有初始电流I,当加载重物时,通过增加加力线圈中的电流的大小,使得杠杆再次平衡,这样根据加力线圈中的电流I’便可测得重物的质量m·对于应用双向加力原理工作的电子天平,机械结构仍然是杠杆结构,只是在空载时,②端要比①端重·当①端加载质量为是电子天平最大称量值)时,电磁力为零,磁缸线圈中的电流为零·这样,在电子天平机械结构不变的情况下,测量同样质量的物体,双向加力式电子天平的电流值是单向加力式电子天平电流值的1/2,当量程加大一倍,电子天平电流仍可以工作在良好的线性区域内,保证测量精度·即在电子天平机械结构不变的情况下,双向加力式电子天平可以使测量范围提高近一倍,比单纯的以改变机芯的容量,增强磁缸的磁感应强度来扩大量程的方法,要经济、巧妙得多·磁缸中的磁场强度B与流过磁缸线圈电流I的关系如图2所示·与同类机芯的单向加力式电子天平相比,传感器不变,基本的测量原理不变,但硬件电路设计及软件数据处理特别是温度补偿的方法要作相应的改变,才能达到很高的测量精度·

　　在双向加力式电子天平工作时,磁缸中的磁场强度B方向会随着质量的增加而改变,即流过磁缸线圈电流I方向不再总为一个方向,因此再使用硬件温度补偿的方法,已不可行·为此,本文提出一种适合于双向加力式电子天平的温度补偿方法,即用神经网络对双向加力式电子天平的温度漂移进行补偿·