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分析天平的非線性影響機(jī)理

點(diǎn)擊: 次 時(shí)間:2019-08-22 16:47


    在電流 I 作用下，傳感器內(nèi)的動(dòng)圈發(fā)熱引起永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、動(dòng)圈長度 L 發(fā)生變化[2-3]，取樣電阻 RN發(fā)熱引起其本身阻值的變化。動(dòng)圈的位置改變引起其感應(yīng)到的電磁力 F 發(fā)生變化，以及環(huán)境溫度對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、動(dòng)圈長度 L、取樣電阻 RN的影響。由式( 2) 可知，B、L 的變化會(huì)對(duì)電子分析天平的質(zhì)量稱量產(chǎn)生影響; 而取樣電阻 RN的變化影響電子分析天平系統(tǒng)采集處理后的顯示稱量結(jié)果。
1) 動(dòng)圈機(jī)電平衡位置的影響
    電磁力平衡傳感器正常工作時(shí)，機(jī)電平衡實(shí)際上表現(xiàn)為杠杠平衡，根據(jù)杠杠平衡條件可得:                         ( mp+ m) gr1= ( mcg + mag + F) r2          
    式中: mp為稱盤質(zhì)量，m 為被稱物體的質(zhì)量，r1為稱盤至支點(diǎn)距離，mc為動(dòng)圈質(zhì)量，ma為配重塊的質(zhì)量，F(xiàn) 為動(dòng)圈感應(yīng)到的電磁力，r2為動(dòng)圈至支點(diǎn)距離。空載( m =0) 時(shí)，不考慮配重情況下( 即 ma= 0) ，式( 3) 滿足 mpgr1> mcgr2，以提供一個(gè)初始的電磁力 F( F >0) ，保證天平能正常工作。其中力 F 的大小可以通過配重塊 ma調(diào)節(jié)。在不通電時(shí)( F =0) ，存在( mp+ m) gr1>( mc+ ma) gr2，長時(shí)間會(huì)使得傳感器的簧片等力傳遞部件產(chǎn)生形變; 同樣，未經(jīng)老化的傳感器存在一定的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，關(guān)鍵部件簧片、永磁體等會(huì)隨時(shí)間發(fā)生緩慢的變化。
    上述形變或變化都會(huì)對(duì)整個(gè)傳感器機(jī)電平衡狀態(tài)產(chǎn)生影響，將會(huì)改變機(jī)電平衡后的動(dòng)圈位置。在均勻磁場中，通電線圈受到的電磁力 F 滿足:
                                      F = B⊥LI = BLI sin θ                                 
    式中: B⊥為磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 法線方向的分量，θ 為線圈的平面法線( 法線方向與電流的方向符合右手螺旋關(guān)系) 與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的夾角。
    動(dòng)圈位置的變化表現(xiàn)為夾角 θ 的變化，使得動(dòng)圈感應(yīng)到的電磁力 F 發(fā)生變化，稱量的一致性變差。動(dòng)圈活動(dòng)空間未限位時(shí)，夾角 θ 波動(dòng)空間較大將會(huì)使加卸載過程中動(dòng)圈感應(yīng)到的力 F 產(chǎn)生較大的波動(dòng)，加長了傳感器的 PID 調(diào)節(jié)時(shí)間，天平的穩(wěn)定性變差，直接影響到天平的稱量性能。


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