根據(jù)對(duì)電子秤的工作原理的深入了解以及借助各種測量方式，剖析電子秤的誤差存在方式，其存在主要與其組成部分有著密切的關(guān)系。本文 通過找出電子秤四角偏載、稱量、鑒別力及重復(fù)性的誤差來源，進(jìn)一步分析努力尋找減小電子秤誤差的解決方法。

1.前言

電子秤的誤差是對(duì)稱量結(jié)果準(zhǔn)確度的定量描述。電 子秤在應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到誤差問題。這不僅影響電子秤 使用的可靠性，也會(huì)不同程度損害電子秤使用者的利益。 研究電子秤的誤差來源是研究電子秤的一個(gè)重要問題。 對(duì)電子秤的稱量性能進(jìn)行分析，掌握其誤差來源有助于 提高電子秤檢定工作的質(zhì)量和效率。本文從作者的實(shí)際 工作經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過深入了解電子秤的工作原理，淺談在 實(shí)際情況中電子秤的主要誤差來源和解決辦法。

電子秤是稱重臺(tái)將物體重力傳遞至稱重傳感器，使 傳感器彈性體發(fā)生變形，在激勵(lì)電壓作用下輸出電壓信 號(hào)，經(jīng)線性放大器將信號(hào)放大，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由 微處理器對(duì)質(zhì)量信號(hào)進(jìn)行處理后直接顯示質(zhì)量值。電子 秤的稱量誤差主要來源于其不同的組成部分。其中包括 由稱重傳感器的靈敏度引起的四角偏載誤差，由傳感器 稱量的線性變化、零點(diǎn)漂移和稱重臺(tái)擦靠造成的稱量誤 差，由此機(jī)械連接中的摩擦和應(yīng)力造成的鑒別力誤差，由 電子秤傳感器側(cè)向力和傳感器條件不滿足時(shí)引起的重復(fù) 性誤差，由電子秤分度數(shù)設(shè)置引起的誤差。此外，根據(jù)電 子衡器是利用物體在重力作用下彈性體產(chǎn)生變形來測定 重力的量值的原理，稱重的結(jié)果反映了一定質(zhì)量的物體 所受重力的大小，因此各地重力加速度值不同，也會(huì)使同 一臺(tái)秤在兩地之間的示值不同引起誤差。

2.誤差的來源

2.1電子秤的工作原理：電子秤是利用物體在重力作用 下彈性體產(chǎn)生變形來測定重力的量值。電子秤主要由稱 重臺(tái)、稱重傳感器、接線盒、屏蔽信號(hào)電纜和稱重顯示儀 表組成。其過程是:將被稱量的物體置于稱重臺(tái)上，由于 受到重力的作用，稱重臺(tái)將會(huì)受到力的作用而發(fā)生彈性 形變，發(fā)生形變的傳感器彈性體將產(chǎn)生激勵(lì)電壓，此電壓 值是與物體的重量成正比的，最后通過放大電路轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)，并由顯示器顯示出來。

2. 2誤差的來源：通過對(duì)電子秤的原理分析發(fā)現(xiàn)，其不 同的組成部分會(huì)產(chǎn)生出不同的誤差來，下面介紹四種不 同部分的誤差：

（1）四角偏載誤差:偏載測試要求電子秤在加載以 后，被測重物在秤臺(tái)上位置的變化不應(yīng)引起稱重測量結(jié) 果的變化。因此，四角偏載誤差來源于稱重傳感器的靈 敏度。由于電子秤稱重傳感器的彈性體和電阻應(yīng)變計(jì)等 關(guān)鍵材料的差異，以及制造工藝方面還不完善，每個(gè)稱重 傳感器的絕對(duì)靈敏度就有所不同，造成相同的激勵(lì)電壓， 而各稱重傳感器的信號(hào)輸出不一樣，產(chǎn)生四角偏載誤差。 為了減小四角偏載誤差，電子秤在每個(gè)傳感器的支路連 接有電位器，可以通過調(diào)整阻值，利用不同電阻的分壓不 同，平衡各支路的信號(hào)輸出。

（2）稱量誤差:傳感器稱量的線性變化、零點(diǎn)漂移和 稱重臺(tái)擦靠都是造成稱量誤差的直接原因。

①傳感器稱量線性變化。由于溫差、沖擊力、浮塵等 的影響，傳感器承受載荷與其相應(yīng)輸出電壓之間并非成 直線關(guān)系，使電子秤傳感器的稱量線性發(fā)生較大的變化。 有時(shí)部分稱量點(diǎn)的誤差較大，進(jìn)行稱量的線性校準(zhǔn)，即分 段校準(zhǔn)電子秤的稱量，稱量的相對(duì)誤差將大大減小。② 零點(diǎn)漂移。電子秤在使用過程中受到大小不同且多次往 復(fù)沖擊載荷的影響，傳感器的受力情況非常復(fù)雜，最終導(dǎo) 致傳感器的觸點(diǎn)發(fā)生改變，使檢定時(shí)的原始狀態(tài)產(chǎn)生了 變化，造成零點(diǎn)漂移，產(chǎn)生誤差。③擦靠。擦靠影響力的 傳遞，這樣加載時(shí)的重量不能完全作用到稱重傳感器上， 稱重傳感器的輸出信號(hào)自然偏小，此類情況，往往小稱量 基本正常，加大負(fù)荷后，顯示值明顯減小。

⑶鑒別力誤差:鑒別力反映電子秤對(duì)載荷微小變化的 反應(yīng)能力，鑒別力測試的目的是檢驗(yàn)秤體結(jié)構(gòu)的連接和摩 擦，因此機(jī)械連接中的摩擦和應(yīng)力是鑒別力誤差的主要來 源。此夕卜，因?yàn)殍b別力針對(duì)的是微小變化，所以稱重傳感器 和稱重儀表的分辨力對(duì)鑒別力誤差也影響較大。

(4)重復(fù)性誤差:重復(fù)性誤差在相同負(fù)荷和相同環(huán)境 條件下，連續(xù)數(shù)次進(jìn)程試驗(yàn)所得的稱重傳感器輸出讀數(shù) 之間的差值。它是由一些比較固定的因素影響而產(chǎn)生 的，除了稱重測量時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)力、重力場等環(huán)境條 件變化所引起的重復(fù)性誤差外，主要有電子秤傳感器側(cè) 向力和傳感器條件不滿足時(shí)引起的重復(fù)性誤差。

①電子秤傳感器側(cè)向力引起的重復(fù)陛誤差由于受現(xiàn) 場環(huán)境的限制,容易造成負(fù)載接受器上下移位,致使稱重 臺(tái)對(duì)稱重傳感器作用力不垂直。傳感器所受側(cè)向力是由 秤體傳力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造誤差引起,具體體現(xiàn)在各傳 感器上下安裝基面本身及其之間的水平度、秤體的整體 剛度及相關(guān)的局部剛度等方面產(chǎn)生的重復(fù)性誤差。

②傳感器條件不滿足時(shí)引起的重復(fù)性誤差電子秤稱 重時(shí),對(duì)秤體的機(jī)械傳力機(jī)構(gòu)的傳力特性、傳感器參數(shù)的 一致性、傳感器的激勵(lì)電壓等,都要滿足一定的條件,秤 體的傳力機(jī)構(gòu)應(yīng)保證傳感器所受載荷與被測重量成正 比,才能保證稱重測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

③角差引起的重復(fù)性誤差電子秤稱重時(shí)傳感器的信 號(hào)是通過接線盒傳輸給稱重顯示儀表,如果傳感器的某 些參數(shù)不一致或接線盒中電位器調(diào)整不平衡都會(huì)引起電 子秤的角差,此時(shí)重物在稱重臺(tái)的不同位置就會(huì)產(chǎn)生重 復(fù)性誤差 。

(5)重力加速度引起的誤差：電子秤測量的不準(zhǔn)確除 了與上述的誤差有關(guān)外,重力加速度也會(huì)對(duì)測量的準(zhǔn)確 性產(chǎn)生影響,根據(jù)力學(xué)原理可把稱重分為利用力的動(dòng)力 效應(yīng)稱重和利用力的靜力效應(yīng)稱重。而電子秤稱重利用 的是靜力場效應(yīng),靜力效應(yīng)稱重(也稱為重力變形法稱 重)就是利用物體在重力作用下彈性體產(chǎn)生變形或內(nèi)應(yīng) 力的大小來測定重力的量值。由于電子秤是用重力來標(biāo) 定的，顯示結(jié)果為重量,所以如果各地重力加速度值不 同,會(huì)使同一臺(tái)秤在兩地之間的示值不同。最后衡量結(jié) 果與重力加速度有關(guān)。重力加速度變化對(duì)稱量結(jié)果影響 的處理方法：①利用電子衡器本身設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行重力補(bǔ) 償,如某衡器廠生產(chǎn)的ACS系列電子計(jì)價(jià)秤可以直接輸 入使用地的重力加速度，由單片機(jī)自動(dòng)處理后進(jìn)行異地 校準(zhǔn)。②利用電子衡器本身設(shè)置一組二進(jìn)數(shù)開關(guān),通過 改變開關(guān)的狀態(tài)來改變放大倍數(shù),對(duì)重力加速度變化帶 來的誤差進(jìn)行修正,也可用電位器進(jìn)行調(diào)整。③生產(chǎn)廠 家可以根據(jù)本地與電子秤使用地之間重力加速度的差值 進(jìn)行折算。④用自動(dòng)標(biāo)定方法進(jìn)行消除。電子秤到使用 地后,在電子秤上放置一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼,通過鍵盤輸入操作系統(tǒng),經(jīng)過微處理而獲得砝碼的標(biāo)稱值?，F(xiàn)在 的電子秤基本都使用自動(dòng)標(biāo)定方法,校準(zhǔn)既簡單又明了。

當(dāng)然還會(huì)有其他因素例如環(huán)境（空氣的濕度,磁場 等）因素影響電子秤的測量的準(zhǔn)確性,我將會(huì)在以后的論 文中繼續(xù)深入研究。

3.解決方法

對(duì)于以上所談的各種影響電子秤測量精度的因素, 在其敘述過程中已經(jīng)給出了解決的方法了，在這里我想 提出另外的提高電子秤性能的方法,就是利用更好的性 能的單片機(jī)來改進(jìn)電子秤的性能。例如可以采用 AT89C52這種型號(hào)的單片機(jī),其內(nèi)部帶有8k字節(jié)的 FLASHROM ,而且低功耗,價(jià)格便宜,可以廣泛用于控制 和測量系統(tǒng)中,測量模塊包括傳感器,信號(hào)采集和濾波電 路,傳感器采用雙孔平行梁式力傳感器,其特點(diǎn)是無論安 放在任何位置不會(huì)影響輸出值。控制信號(hào)由單片機(jī)發(fā) 出,還可以通過固態(tài)繼電器消除控制對(duì)相對(duì)單片機(jī)的不 良影響,具有反應(yīng)速度快,無觸點(diǎn)及使用壽命長的特點(diǎn)。 顯示與輸入設(shè)備也可任意搭配選取,總之,采用具有更好 的適應(yīng)性和控制性的智能芯片可以提高電子秤的測量準(zhǔn) 確度,我今后也會(huì)更加努力致力于這方面的開發(fā)。

4.小結(jié)

本文在對(duì)電子秤的原理有更深入了解的基礎(chǔ)上,為 了更高效、方便、快捷的使用電子秤,通過找出電子秤的 不同種類誤差來源,幫助我們解決實(shí)際工作中電子秤存 在的誤差問題。