採用增量調製型模數轉換器的電磁力平衡式天平的製作方法
2023-09-22 08:20:10
專利名稱：採用增量調製型模數轉換器的電磁力平衡式天平的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電磁力平衡式天平電路模塊，尤其涉及該電路模塊的模數轉換
背景技術：
電磁力平衡式天平是一種智能化質量計量儀器，是廣泛應用於國防、科研、工廠、 實驗室的質量計量標準器具，具有稱量快速、操作簡單、自動校準、故障自診斷等多種機械 天平所無法具備的功能與優越性。由圖1可見傳統的電磁力平衡式天平的工作原理如下其中負責採集PID控制器輸出信號的模數轉換器必須有極高的精度與線性度，否 則就不能滿足電磁力平衡式天平百萬分之一精度的要求。積分式或V/F模數轉換器由於 其良好的抗噪聲特性，一直被絕大多數電磁力平衡式天平採用。但是由於此類由幾十個分 立器件組成的模數轉換器結構比較複雜，要達到良好的效果就必須小心的挑選眾多的元器 件。一旦有一個元器件出了問題就會影響到整個模數轉換器的精度，甚至使其無法正常工 作。同時該系統需要另外一個模數轉換器用於採集電磁力平衡式天平傳感器中的溫度傳感 器信號，以進行系統的溫度補償。當然在有些方案中，測溫與的PID控制器信號測量共用同 一個模數轉換器兩者是通過多路開關進行切換，分時復用。但是由於積分式或V/F模數轉 換器的轉換速度一般比較低(一般要達到百萬分之一的精度，其轉換速度在IOHz以下)，再 考慮到分時復用時切換信號所需要的建立時間，這種方案會有造成測量延誤的問題。同時， 測量PID控制器信號為絕對測量。而對溫度傳感器的測量為了提高精度，一般採取相對測 量的方案。這樣在分時復用時切換信號時，不僅要切換測量信號，而且還要切換模數轉換器 的基準信號，而且不能引入誤差。即使設計者很好的解決了以上問題，也必將增加系統的復 雜性及成本。同時由於大量分立元件的採用，也降低了系統的可靠性。雖然也有集成化的 積分式或V/F模數轉換器晶片問世，但精度都無法與用分立器件構成的此類模數轉換器相 比。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供了一種採用增量調製型模數轉換器的電磁力 平衡式天平，旨在解決上述的問題。為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的本發明包括電磁式天平傳感器；所述的電磁式天平傳感器分別連接溫度傳感器 信號調理器和PID控制器；PID控制器連接信號輸出及調理模塊；還包括一個增量調製型模 數轉換器；所述的增量調製型模數轉換器分別與溫度傳感器信號調理器、信號輸出及調理 模塊以及信號處理單片機相連；信號處理單片機與鍵盤、顯示外設相連。與現有技術相比，本發明的有益效果是可以完全替代由大量分立器件組成的復 雜電路，同時大大的提高了電磁力平衡式天平可靠性。
圖1是現有技術中電磁力平衡式天平電路模塊圖；圖2是本發明電路模塊圖；圖3是圖2中增量調製型模數轉換器原理框圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述由圖2可見本發明包括電磁式天平傳感器；所述的電磁式天平傳感器分別連接溫度傳感器信號調理器和PID控制器；PID控制器連接信號輸出及調理模塊；還包括一個增 量調製型模數轉換器；所述的增量調製型模數轉換器分別與溫度傳感器信號調理器、信號 輸出及調理模塊以及信號處理單片機相連；信號處理單片機與鍵盤、顯示外設相連；所述的增量調製型模數轉換器為ADI公司的AD7190模數轉換器。由圖3可見增量調製型模數轉換器又稱為Σ -Δ型模數轉換器，是近20年中逐 漸發展起來的模數轉換器，由Σ -Δ調製器和數字抽取濾波器組成。本發明使用增量調製型模數轉換器的工作原理如下在圖2中可以看到省去了一個用於採集電磁力平衡式天平傳感器中的溫度傳感 器信號的模數轉換器，其原因是大多數增量調製型模數轉換器都提供多路信號採集通道。 同時，增量調製型模數轉換器的轉換速率很高，可以根據精度的要求選擇不同的採樣速率。 以申請人研發的300g Img天平為例，採用了 ADI公司的AD7190模數轉換器。該晶片提供 了 4個單端輸入或兩個差分輸入，兩個可選的基準輸入端，採樣率4. 7Hz-4800Hz可調，非線 性為Ippm ( —百萬分之一)，失調電壓為5nV，失調電壓溫漂為5nV/°C，增益溫漂為lppm，採 樣率為960Hz時均方根噪聲為4uV (約為lppm)。這種溫漂性能是絕大多數分立器件組成的 模數轉換器望塵莫及的。本發明解決了老方案中的所有難題，使用一塊晶片就可以完全替代由大量分立器 件組成的複雜電路，同時大大的提高了可靠性。在實際應用中取得了良好的效果。
權利要求
一種採用增量調製型模數轉換器的電磁力平衡式天平，包括電磁式天平傳感器；所述的電磁式天平傳感器分別連接溫度傳感器信號調理器和PID控制器；PID控制器連接信號輸出及調理模塊；其特徵在於還包括一個增量調製型模數轉換器；所述的增量調製型模數轉換器分別與溫度傳感器信號調理器、信號輸出及調理模塊以及信號處理單片機相連；信號處理單片機與鍵盤、顯示外設相連。
2.根據權利要求1所述的採用增量調製型模數轉換器的電磁力平衡式天平，其特徵在 於所述的增量調製型模數轉換器為ADI公司的AD7190模數轉換器。
全文摘要
本發明涉及一種採用增量調製型模數轉換器的電磁力平衡式天平，包括電磁式天平傳感器；所述的電磁式天平傳感器分別連接溫度傳感器信號調理器和PID控制器；PID控制器連接信號輸出及調理模塊；還包括一個增量調製型模數轉換器；所述的增量調製型模數轉換器分別與溫度傳感器信號調理器、信號輸出及調理模塊以及信號處理單片機相連；信號處理單片機與鍵盤、顯示外設相連；本發明的有益效果是可以完全替代由大量分立器件組成的複雜電路，同時大大的提高了電磁力平衡式天平可靠性。
文檔編號G01G7/02GK101819057SQ20091004681
公開日2010年9月1日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者孫宇峰, 張 傑 申請人:上海友聲衡器有限公司;上海高衡電子有限公司;上海衡晶軟體有限公司