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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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