1、引言 

　　任何計量器具經過一段時期使用，都會產生誤差。對于在惡劣環境的工業現場使用的動態計量設備，誤差的產生更是多因素和不可避免的。全面地認識和正確地分析產生誤差的原因，不僅對于準確的計量、精確的配料，而且對于生產管理和質量管理都同樣具有重要意義。 

　　本文以西南工學院微機所研制的WJP一Ⅲ（恒速秤）和WPP一Ⅲ（調速秤）懸臂式微機皮帶秤為例，分析各種誤差的原因和處理方法。其它型號的懸臂式皮帶秤大同小異，可以參考。 

　　2、誤差分析 

　　產生誤差的因素可能各種各樣，有些可能是難以預料的。本節只討論對系統精度影響大和較普遍性的誤差問題。 

　　2.1　機械零點變化 

　　機械零點變化可能是皮帶秤配重變化；皮帶張緊變化而引起皮帶秤力臂中心變化；減速機內潤滑油油量變化；皮帶秤積灰；皮帶粘料（物料太濕）等。這些變化最終都表現為皮帶秤皮重變化。因此，改變配重，調整皮帶張緊程度和減速機加油等工作都應在校秤之前進行。皮帶秤積灰影響皮重，應定期清掃，一般以每班清掃兩次為宜，形成制度。經常檢查皮帶上有無粘著物料，經常清理。必要時可安裝刮板（這種情況不多見）。 

　　2.2　荷重通道誤差 

　　皮帶秤計量是以荷重信號和速度信號為依據，如果這兩個信號通道發生誤差，自然會影響皮帶秤計量精度。 

　　荷重通道誤差由荷重傳感器、傳輸線路和放大器三個環節引入。如傳感器的時漂、溫漂、疲勞損傷、傳感器電源波動；信號傳輸線路的線路損耗、空間電磁干擾；放大器零點漂移、放大倍數漂移和放大器電源波動等。電源波動和空間電磁干擾在2．4中討論。其它因素對放大器輸出的影響最終可歸結成圖1所示的線性誤差。若放大器理想輸入─輸出特性為圖1所示L1，傳輸方程為 
　　uO＝k1ui　　　　　　　　　　　　　　　（1） 
　　實際輸入─輸出特性為L2，傳輸方程為 
　　U0=k2ui+b　　　　　　　　　　　　　　 （2） 
　　引入誤差為 
　　Δu0＝（k2—k1）ui+b                  （3） 
　　由（3）式可知，線性誤差由兩部分組成，第一部分為放大倍數漂移引起，第二部分為零點漂移引起。 

圖1　放大器輸入、輸出特性 

圖2　放大器電路簡圖 

　　放大器零點漂移是直流弱信號放大所特有的問題，多發生在前級放大器。所幸的是，現在荷重通道前級放大器一般使用斬波自穩零第四代運放ICL7650，使得傳統的直流放大器主要誤差——零漂問題已變得不太突出了。相反，用于調整系統零點的電位器W1（如圖2）反倒成了影響放大器零點的主要因素。加入電位器W1作用有二：一是用于放大器初調試（如略去空間電磁干擾的線路信號衰減則是相對固定的零點偏移）；二是遷移荷重傳感器引入的附加附差。放大器調試一經完成，一般很少再調整。遷移荷重傳感器電橋不平衡引入的零點漂移，在新裝傳感器時抵消自身電橋不平衡引入的零點誤差，使用較長時間后，傳感器也會產生不可恢復的疲勞損傷，帶來電橋新的不平衡。因此，W1在正常運行以后很少使用。實踐證明，在調試完成后，用固定電阻代替，效果較好。 

　　用于調整放大器放大倍數的W2，往往也會因振動和長期使用而觸點表面氧化引入噪聲。這是有觸頭元件所共有的缺點。再者，有不少微機皮帶秤為調整方便把該電位器裝在前面板或后面板上，由于W2一般數十千歐到數百千歐，這樣大的電阻容易引入空間電磁干擾。最好的方法就是在系統已經調試完畢后，用固定電阻代替W2。不但減少線路長度，且沒有了接觸點，是有百益而無一害的。 

　　2.3　速度通道 

　　目前，水泥工業調速式或恒速式皮帶秤多采用測速發電機測速。而目前較流行的方式是用直流測速發電機和壓頻轉換元件。這種測速方式主要缺點是引入較大的非線性誤差，這是由于測速發電機在大范圍內輸出特性不線性。解決非線性問題最簡單實用的方法是在工作點附近局部線性化。即系統標定應盡可能在工作點附近進行。實踐表明，這種方法是行之有效的。 

　　如果對速度線性有進一步要求（如精度等級提高或全量程線性），可以作出測速發電機工作曲線（n/u），如圖3所示，再利用軟件插值方法解決。

圖3　測速發電機工作曲線 

　　當然，解決速度通道全量程線性的最徹底方法是使用脈沖式測速發電機、光電式、霍爾式速度傳感器。雖然脈沖式測速發電機的線性度較高，但它仍是間接測速，即測量電機轉速，而不是皮帶帶速，荷重變化、皮帶打滑和皮帶卡料均得不到反映。因此，利用光電傳感器直接測量皮帶秤轉速是較好的方法。 

　　2.4　干擾問題 

　　微型計算機系統的抗干擾技術是一個復雜的專門課題。本文只對影響系統計量精度的幾個主要因素，電源波動和空間電磁場對模擬通道的影響進行探討。 

　　對于微型計算機和數字通道，較強的干擾給系統帶來的直接后果是不能正常工作，如程序不能運行、數據沖亂、系統復位、顯示打亂、不能通訊等，這種故障容易被發現。二是如果干擾直觀上對數字部分無影響，就不會影響系統計量精度。一般而言，數字通道的抗干擾能力較模擬通道強。這也是數字電路使用開關量的優點之一。 

　　對于模擬通道，干擾對其的影響主要體現在兩個方面，一是電磁耦合通過傳感器信號線加入放大通道，二是電源波動影響放大器正負電源對稱度和穩定度。 

　　解決由傳感器通道引入電磁干擾的常用方法是根據傳輸距離正確的選用屏蔽電纜的芯徑和屏蔽層良好接地，并在放大器前端設置低通濾波器，濾出交流分量。 

　　動力設備啟停和電網波動都會影響計算機電源、放大器電源、傳感器電源、采樣參考電源。自然，這些電源本身質量不高也會引入一些干擾。對于穩定度要求較高的傳感器電源和放大器參考電源應采用多級穩壓和其他一些特殊措施。一般而言，整個系統對電源要求的順序是：采樣參考電源→傳感器電源→放大器電源→計算機電源→打印機電源。 

　　設計者應根據上述各電源自身的要求和特點而采取相應措施。對于使用者，在系統總電源前加入一級交流穩壓電源是必要的。市場上的交流穩壓電源種類繁多。用戶常常感到無從下手，況且一些交流穩壓電源根本不能起到穩壓的作用或者不適合環境惡劣的工業現場，致使一些用戶屢屢選擇不當。根據筆者經驗，電網波動較大或穩壓要求不太高的用戶，選用廣東羅定生產的鐵塔牌參數式交流穩壓電源。這種穩壓電源的特點是穩壓范圍寬，抗沖擊能力強，缺點是穩壓精度不高。對電源質量要求較高的用戶，可以選用精密凈化式交流穩壓電源。這種穩壓電源的精度較高，缺點是穩壓范圍窄，只能工作在180～260V范圍。對于中小型水泥廠，電源波動常常會超出此范圍。 

　　3、控制誤差 

　　系統精度應包括計量精度與控制精度。因此，系統誤差也應包括計量誤差和控制誤差。系統計量精度對于廣大設計者和使用者容易接受和掌握。而控制精度往往不被人們重視，這就是當今種類繁多的微機配料系統，雖校秤表明系統計量精度高，而實際配料效果差的主要原因。事實上，系統的計量并不是目的，而是通過準確地計量進而達到準確的配料之目的。 

　　那么何為控制精度，怎么才能提高系統的控制精度呢？通俗地講，控制精度是指由執行器執行的結果與控制器發布指令的統一程度。對于配料系統，控制精度最終體現在給料與配比的精確程度。誤差常發生在執行回路，如執行器或相應的放大器。在常見的滑差調速電機系統中，產生誤差的主要原因是觸發脈沖產生回路與滑差調速電機的非線性。對于有相當市場占有率的電振機加恒速皮帶秤構成的系統中，控制誤差主要產生于電振機。雖單相可控硅觸發回路從電壓給定到可控硅輸出電壓之間線性度較差，但與電振給料機的特性相比，情況還是要好的多，實際運行表明，電振機的線性度、重復性都很差，誤差不小于5％。要保證系統控制誤差小于1％，采用閉環控制的電振機加恒速皮帶秤一般難以達到。 

　　綜上，要提高系統控制精度，如下三點考慮是有參考意義的： 
　　（1）電振機輸出特性較差，最好不要使用電振機加恒速秤的方式。 
　　（2）在用滑差電機構成的調速皮帶秤中，觸發脈沖的產生盡量使用線性度較高的集成元件而避免使用單結晶體管觸發電路。 
　　（3）在有條件的地方，盡量采用線性度較高的變頻調速方式。變頻調速技術已經很成熟，價格也為一般的用戶所能接受。 

　　4、結束語 

　　在懸臂梁式微機皮帶秤中，引入的計量誤差主要是皮重變化，放大器零點漂移，荷重信號回路的電磁干擾，電源波動對放大器的干擾等。消除這些誤差是通過正確操作與管理，屏蔽線的正確選用與良好接地。由于工業現場動力負載的啟停對計量系統的影響是不可避免的，故合理選用交流穩壓電源很有必要。 

　　提高系統控制精度也是一個非常重要的課題。這對于設計者和設備選型部門應該引起高度重視。 

　　主要參考文獻 
　　1.　馬建國．一個全新的水泥生料成分集散控制系統研制．西南工學院學報．1993，（4）． 
　　2.　潘新民，王燕芳．單片微型計算機實用系統設計．北京：人民郵電出版社，1992． 
　　3.　趙依軍，胡戎．單片微機接口技術。北京：人民郵電出版社，1989． 
　　4.　黃一夫．微型計算機控制技術．北京：機械工業出版社，1988．