分析天平的非线性影响机理
点击: 次 时间:2019-08-22 16:47
在电流 I 作用下，传感器内的动圈发热引起永磁体磁感应强度 B、动圈长度 L 发生变化[2-3]，取样电阻 RN发热引起其本身阻值的变化。动圈的位置改变引起其感应到的电磁力 F 发生变化，以及环境温度对磁感应强度 B、动圈长度 L、取样电阻 RN的影响。由式( 2) 可知，B、L 的变化会对电子分析天平的质量称量产生影响; 而取样电阻 RN的变化影响电子分析天平系统采集处理后的显示称量结果。
1) 动圈机电平衡位置的影响
电磁力平衡传感器正常工作时，机电平衡实际上表现为杠杠平衡，根据杠杠平衡条件可得: ( mp+ m) gr1= ( mcg + mag + F) r2
式中: mp为称盘质量，m 为被称物体的质量，r1为称盘至支点距离，mc为动圈质量，ma为配重块的质量，F 为动圈感应到的电磁力，r2为动圈至支点距离。空载( m =0) 时，不考虑配重情况下( 即 ma= 0) ，式( 3) 满足 mpgr1> mcgr2，以提供一个初始的电磁力 F( F >0) ，保证天平能正常工作。其中力 F 的大小可以通过配重块 ma调节。在不通电时( F =0) ，存在( mp+ m) gr1>( mc+ ma) gr2，长时间会使得传感器的簧片等力传递部件产生形变; 同样，未经老化的传感器存在一定的结构应力，关键部件簧片、永磁体等会随时间发生缓慢的变化。
上述形变或变化都会对整个传感器机电平衡状态产生影响，将会改变机电平衡后的动圈位置。在均匀磁场中，通电线圈受到的电磁力 F 满足:
F = B⊥LI = BLI sin θ
式中: B⊥为磁感应强度 B 法线方向的分量，θ 为线圈的平面法线( 法线方向与电流的方向符合右手螺旋关系) 与磁感应强度 B 的夹角。
动圈位置的变化表现为夹角 θ 的变化，使得动圈感应到的电磁力 F 发生变化，称量的一致性变差。动圈活动空间未限位时，夹角 θ 波动空间较大将会使加卸载过程中动圈感应到的力 F 产生较大的波动，加长了传感器的 PID 调节时间，天平的稳定性变差，直接影响到天平的称量性能。
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