一种新型的电子天平设计
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如 １ 示 所
４
占
图１ 加速度传感器测量倾角原理 图 加 速度 传感器 可 以通过测 量天 平力臂 的倾 角来判 断天 平是 否平 衡， 如果不平 衡 ， 则控 制电机对 天平 另一端施 加一定 的拉力 ， 到力臂 直 倾角为 ０ 。此 时测量电机所施拉力 ， 经过计算就可得 到被 测物体的重力 侑， 即质 量 。 本论 文所设 计的基 于 ＭＥ 加速度传感 器的电子天平 的基 本原理 ＭＳ 电是一样 的。它通 过 Ｍ Ｍ 加 速度传感 器测量力 臂 的倾 角大小 ， Ｅ Ｓ 判断 电 平 是 否 平 衡 ， 果 不 平 衡 ， 控 制 电 机 对 力 臂 进 行 平 衡 调 节 ， 达 到 如 则 在 平 衡 条件 时 ， 量托 力 Ｆ的大 小 ， 算 出重 力 Ｐ 测 计 。 整个系统 由倾角测量解 算 、 力测量 、 拉 天平 力臂角 度控制 、 重量显 示 以及机 械结构等多个模块构成。 整个系统如图 ２ 示 ： 所
一
种 新 型 昀 电 子 天 设 计
海 南省 海 军 ４ ０ 工厂遥 监控 中心 郭世 璞 ８２
［ 摘 要］ 本文设计 了一 种新型的 ，ｆ ￣平 ， Ｅｆ － 将杠杆 式天平和 电磁式 天平进行结合 ， 并采用 了ＭＥ 加 速度传感 器作 为主要 器件 ， ＭＳ 通 过 力矩平衡原理 来测量被 测物 的重量。基于 ＭＥ 加速度 传感器的电子天平具有设计新 颖、 Ｍｓ 结构简单 、 体积小 、 精度适 中的特 点 ， 对 新 型 电子 天 平 的 设 计 做 出 了一 定 的探 索和 尝试 。 ［ 关键词 ］ 加速度传感器 拉力传感器 电子天平 Ｃ８５ Ｆ ２ ０ １０ １
技 பைடு நூலகம்
离 职院 枚英语语法教学 巾学生 自主学 习雒力的 培荠
键 。进入 测量后 ， 首先对 ＭＥ 加速 度传感器 与拉力传 感器进 行数据 ＭＳ 采集 ， 采集 １０ 数据后 进行均值 滤波 ， 取参数 ， ０个 读 计算 出天平 所处 的 倾角 ０ 态。当 ０ Ｏ ， 状 ＞ 时 启动 电机拉动力臂使 力臂向平衡状态转化 ， 继 续数据采 集 ， ０ Ｏ ， 当 ＝ 时 闭合平衡 继电器使得力 臂处在平衡 状态 ， 使用 采集 到的拉力 传感 器 的数 值 ， 据力矩 平衡 公式计算 出重力 ， 且送 根 并
图 ３系 统 流 程 图 ４系统精度分析 ． 电子 天 平 的精 度 取 决 于 下 面 的 几 个 方 面 ： １ ） 传感器器件精 度。 ２ Ｄ ） 采样精度 。 Ａ 这两个 方面可以采用标定 的方法来确 定。下面将大体 汁算 所 设计 的 电子天平 的精度 。 传感 器以及 ＡＤ精度 是两个不 同的概念 ， 是事实 上 ， 但 对于 Ｔ 设 计而 言 ， 完全可以忽略它们 的单独 的计算 过程 ， 以直接用 最终的测试 可 精度来衡量 。 从其 他人员做 的相 同构 架的小倾 角测量仪来 说 ， 其精 度 ｒ 以达到
± ． （ 个是 与所 设计 的 小倾 角测量 仪 一致 的传 感器 ＋ 片机 的数 Ｏ ”这 ２ 单 据 ） 拉力传感器的测量精度为 Ｏ ％ （ ， ． 这个根据实 际所用 的传感器不 同 ３
而 不同 ）测 量载 荷为 ｌ ｇ ， 么 电子天 平 的 ， ｋ时 那 （ 下转第 ２ ５ ） １页
Ｌ Ｄ显示 。 Ｃ
当按下 Ｒ Ｓ Ａ Ｔ ， Ｅ Ｔ Ｒ 键 系统进入等待测量状态 。
称量流程图如 图３ 示 。 所
本 文在设 汁思路上 另辟蹊 径 ， 采用 了 Ｍ Ｍ 加 速度传 感器作 为主 ＥＳ
要器 件 ， 通过力矩平衡原理 来测量 被测物的重量 ， 在测量方 法上做 了一 定 深 度 的探 讨 。 ２ 电子 天 平设 计 思路 ． 加 速度传感 器是一种 能够测量 加速力 的电子设备 ， 广泛用 于航空 航 天 、 器 系 统 、 车 、 费 电 子 等 。 通 过 加 速 度 的测 量 ， 以 了 解 运 动 武 汽 消 可 物 体 的运 动 状 态
Ｎ Ｏ
图 ２系 统 框 图 论 文ｌ 采用 ＭＥ 加速 度传 感器 Ｍｏｅ１２ 一 它是 由美 国 ｓＬ— ｛ Ｊ ＭＳ ｄ ｌ２ ｌ２， ＩＩ Ｃ Ｅ Ｉ Ｓ 司生 产的一款 ＭＥ 加速度传 感器 ， ＯＮＤ ＳＧＮ 公 ＭＳ 是一种低 噪声 电 容 式 的 加 速 度 传 感 器 ， 有 ±２ 具 ｇ的量 程 ， 部 集 成 温 度 传 感 器 ， 内 ０ Ｖ ４ Ｖ电压输 出 ， 出型号为双路信号。 ． 一． ５ ５ 输 ３数据 采集以及 重量计 算程序流程 ． 将 非 复位 开 关 Ｓ Ａ Ｔ键 按下 时 ， ＴＲ 系统 进 入测 量 状态 ， 当按 下 Ｄ Ｓ Ｉ Ｙ键 时开始测量 ， ＩＰ Ａ 如果想要 退出这种状 态可 以再次按下 Ｓ Ａ Ｔ ＴＲ
１引 言 ．
天平是称量 物体质量 的衡器 。天平 有狭 义和广义之分 。狭 义的天 平专指 双盘等臂机械天平 ， 是利用 等臂杠 杆的平衡原理 ， 将被测 物与相 应砝 码 比较衡 量 ， 从而确 定被测物 质量 的一种 衡器 。广义的天平 则包 括双盘等臂机械 天平 、 不等臂 机械天平和电子天平三类 。 单盘 现在 常用的电子天平一般采用应 变式传感器 、 电容式传感器 、 电磁 平衡 式传感 器 。 应 变式传 感器是 基于测量 物体受 力变形所 产生应 变 的 一种 传感 器 ， 结构 简单 、 价低 ， 造 但精度 有 限 ， 目前 不能做 到很 高精 度； 电容式传 感器是将被测量变化转 换成电容量变化 的传感器 ， 称量速 度快 ， 性价 比较高 ， 是输出有非线 性 ； 但 现在 高端主流 电子天平一 般采 用 电磁平衡 传感 器 ， 其特 点是称量 准确可靠 、 显示快速 清晰 ， 但是 造价 比较高
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图１ 加速度传感器测量倾角原理 图 加 速度 传感器 可 以通过测 量天 平力臂 的倾 角来判 断天 平是 否平 衡， 如果不平 衡 ， 则控 制电机对 天平 另一端施 加一定 的拉力 ， 到力臂 直 倾角为 ０ 。此 时测量电机所施拉力 ， 经过计算就可得 到被 测物体的重力 侑， 即质 量 。 本论 文所设 计的基 于 ＭＥ 加速度传感 器的电子天平 的基 本原理 ＭＳ 电是一样 的。它通 过 Ｍ Ｍ 加 速度传感 器测量力 臂 的倾 角大小 ， Ｅ Ｓ 判断 电 平 是 否 平 衡 ， 果 不 平 衡 ， 控 制 电 机 对 力 臂 进 行 平 衡 调 节 ， 达 到 如 则 在 平 衡 条件 时 ， 量托 力 Ｆ的大 小 ， 算 出重 力 Ｐ 测 计 。 整个系统 由倾角测量解 算 、 力测量 、 拉 天平 力臂角 度控制 、 重量显 示 以及机 械结构等多个模块构成。 整个系统如图 ２ 示 ： 所
一
种 新 型 昀 电 子 天 设 计
海 南省 海 军 ４ ０ 工厂遥 监控 中心 郭世 璞 ８２
［ 摘 要］ 本文设计 了一 种新型的 ，ｆ ￣平 ， Ｅｆ － 将杠杆 式天平和 电磁式 天平进行结合 ， 并采用 了ＭＥ 加 速度传感 器作 为主要 器件 ， ＭＳ 通 过 力矩平衡原理 来测量被 测物 的重量。基于 ＭＥ 加速度 传感器的电子天平具有设计新 颖、 Ｍｓ 结构简单 、 体积小 、 精度适 中的特 点 ， 对 新 型 电子 天 平 的 设 计 做 出 了一 定 的探 索和 尝试 。 ［ 关键词 ］ 加速度传感器 拉力传感器 电子天平 Ｃ８５ Ｆ ２ ０ １０ １
技 பைடு நூலகம்
离 职院 枚英语语法教学 巾学生 自主学 习雒力的 培荠
键 。进入 测量后 ， 首先对 ＭＥ 加速 度传感器 与拉力传 感器进 行数据 ＭＳ 采集 ， 采集 １０ 数据后 进行均值 滤波 ， 取参数 ， ０个 读 计算 出天平 所处 的 倾角 ０ 态。当 ０ Ｏ ， 状 ＞ 时 启动 电机拉动力臂使 力臂向平衡状态转化 ， 继 续数据采 集 ， ０ Ｏ ， 当 ＝ 时 闭合平衡 继电器使得力 臂处在平衡 状态 ， 使用 采集 到的拉力 传感 器 的数 值 ， 据力矩 平衡 公式计算 出重力 ， 且送 根 并
图 ３系 统 流 程 图 ４系统精度分析 ． 电子 天 平 的精 度 取 决 于 下 面 的 几 个 方 面 ： １ ） 传感器器件精 度。 ２ Ｄ ） 采样精度 。 Ａ 这两个 方面可以采用标定 的方法来确 定。下面将大体 汁算 所 设计 的 电子天平 的精度 。 传感 器以及 ＡＤ精度 是两个不 同的概念 ， 是事实 上 ， 但 对于 Ｔ 设 计而 言 ， 完全可以忽略它们 的单独 的计算 过程 ， 以直接用 最终的测试 可 精度来衡量 。 从其 他人员做 的相 同构 架的小倾 角测量仪来 说 ， 其精 度 ｒ 以达到
± ． （ 个是 与所 设计 的 小倾 角测量 仪 一致 的传 感器 ＋ 片机 的数 Ｏ ”这 ２ 单 据 ） 拉力传感器的测量精度为 Ｏ ％ （ ， ． 这个根据实 际所用 的传感器不 同 ３
而 不同 ）测 量载 荷为 ｌ ｇ ， 么 电子天 平 的 ， ｋ时 那 （ 下转第 ２ ５ ） １页
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当按下 Ｒ Ｓ Ａ Ｔ ， Ｅ Ｔ Ｒ 键 系统进入等待测量状态 。
称量流程图如 图３ 示 。 所
本 文在设 汁思路上 另辟蹊 径 ， 采用 了 Ｍ Ｍ 加 速度传 感器作 为主 ＥＳ
要器 件 ， 通过力矩平衡原理 来测量 被测物的重量 ， 在测量方 法上做 了一 定 深 度 的探 讨 。 ２ 电子 天 平设 计 思路 ． 加 速度传感 器是一种 能够测量 加速力 的电子设备 ， 广泛用 于航空 航 天 、 器 系 统 、 车 、 费 电 子 等 。 通 过 加 速 度 的测 量 ， 以 了 解 运 动 武 汽 消 可 物 体 的运 动 状 态
Ｎ Ｏ
图 ２系 统 框 图 论 文ｌ 采用 ＭＥ 加速 度传 感器 Ｍｏｅ１２ 一 它是 由美 国 ｓＬ— ｛ Ｊ ＭＳ ｄ ｌ２ ｌ２， ＩＩ Ｃ Ｅ Ｉ Ｓ 司生 产的一款 ＭＥ 加速度传 感器 ， ＯＮＤ ＳＧＮ 公 ＭＳ 是一种低 噪声 电 容 式 的 加 速 度 传 感 器 ， 有 ±２ 具 ｇ的量 程 ， 部 集 成 温 度 传 感 器 ， 内 ０ Ｖ ４ Ｖ电压输 出 ， 出型号为双路信号。 ． 一． ５ ５ 输 ３数据 采集以及 重量计 算程序流程 ． 将 非 复位 开 关 Ｓ Ａ Ｔ键 按下 时 ， ＴＲ 系统 进 入测 量 状态 ， 当按 下 Ｄ Ｓ Ｉ Ｙ键 时开始测量 ， ＩＰ Ａ 如果想要 退出这种状 态可 以再次按下 Ｓ Ａ Ｔ ＴＲ
１引 言 ．
天平是称量 物体质量 的衡器 。天平 有狭 义和广义之分 。狭 义的天 平专指 双盘等臂机械天平 ， 是利用 等臂杠 杆的平衡原理 ， 将被测 物与相 应砝 码 比较衡 量 ， 从而确 定被测物 质量 的一种 衡器 。广义的天平 则包 括双盘等臂机械 天平 、 不等臂 机械天平和电子天平三类 。 单盘 现在 常用的电子天平一般采用应 变式传感器 、 电容式传感器 、 电磁 平衡 式传感 器 。 应 变式传 感器是 基于测量 物体受 力变形所 产生应 变 的 一种 传感 器 ， 结构 简单 、 价低 ， 造 但精度 有 限 ， 目前 不能做 到很 高精 度； 电容式传 感器是将被测量变化转 换成电容量变化 的传感器 ， 称量速 度快 ， 性价 比较高 ， 是输出有非线 性 ； 但 现在 高端主流 电子天平一 般采 用 电磁平衡 传感 器 ， 其特 点是称量 准确可靠 、 显示快速 清晰 ， 但是 造价 比较高
