一种天平式高精度电子秤量装置及其秤量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高精度秤量装置，具体涉及一种应用于科研和教学领域的天平式高精度电子秤量装置及其秤量方法。
【背景技术】
[0002]高精度秤量在科研、教学领域有着广泛的应用，随着时代的发展和技术进步，科研、教学领域对高精度秤量的要求越来越高，而且对秤量装置的秤量形式也有特定要求。通常解决高精度电子秤量的方法就是使用高分辨率AD转换器，而分辨率高了以后，波动又会增大，数据或大或小不稳定。即使你使用再高分辨率AD转换器，也只能是对传感器送来的信号进行转换，而传感器本身的灵敏度是2mV/V左右，其含义是在最大荷载情况下，传感器输出的模拟电压只有传感器工作电压的千分之二左右。也就是一个最大秤重10公斤的压力传感器，在其工作电压为10伏、秤重为10公斤的情况下，输出的模拟信号电压只有20毫伏左右。关键是传感器的工作电压也就10伏左右，靠提高传感器的工作电压来提高输出电压，空间是有限的，而且传感器不论荷载量的大小，它们只是物理荷载大小不同，结构强度各异，只要传感器的工作电压相同，满载时输出的模拟信号是相同的。在最大荷载为I公斤的传感器和最大荷载为100公斤的传感器各加上100克重物，两个传感器的工作电压都是10伏，那么I公斤的传感器送出的信号是2mV，而100公斤传感器送出的信号20 μ V，二者正好相差100倍。由此可见，相同的重量加在不同荷载能力的压力传感器上，其输出信号是有很大差异的，单靠运放电路精确和AD转换器输出位数提高是无法从根本上解决这一问题的。要从根本上解决大重量、微变量的秤量这一问题必须要有新办法，前人在这方面做了一定的努力，取得了一定的成果。
[0003]目前在用的大重量、高精度秤量装置，其基本结构是:被秤物下面用三个大弹簧托住，抵消掉主要的重量，而三个压力传感器承载部分重量，理论上讲，被秤物体有微小的变化，压力传感器是能感应到的，但这种秤使压力传感器长期受力，肯定会产生疲劳，弹簧也会疲劳，影响精度是必然的，需要经常调校。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种天平式高精度电子秤量装置及其秤量方法，以天平式这种完全不同的方式让压力传感器受力，而用采取了限位器来防止压力传感器过载，保证压力传感器不长时间受力及由此产生的疲劳，保证秤量精度。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种天平式高精度电子秤量装置，包括底部支架，以底部支架为中心支撑的等臂大梁，设置于等臂大梁左端用于盛放配重的左托盘，设置于等臂大梁右端用于盛放被秤物体的右托盘，所述右托盘底部设置压力传感器，所述压力传感器信号连接至单片机数据采集处理系统，通过单片机数据采集处理系统将压力传感器采集到的压力信号转换为重量信息显示出来。
[0006]进一步的，所述等臂大梁的右臂下方设置有可上下调节的限位器。
[0007]进一步的，所述限位器由螺帽和螺杆构成，螺帽被固定在装置骨架上，螺帽孔与重力方向一致；在螺帽下端顺时针旋转螺杆，螺杆上端向上顶住大梁右臂，使大梁传力点接触不到压力传感器；当配重和被秤物体都放到托盘上时，逆时针转动螺杆，大梁右端缓缓下降，大梁传力点接触到压力传感器直至螺杆不再受力，通过压力传感器测量被秤物体与配重的重量差。
[0008]限位器的作用是防止大梁右端被秤物太重、向下压力过大而压坏压力传感器。通过调整大梁限位器上的顶杆，可控制压力传感器是否受力，顶杆上升到设定高度，传感器不受力，传感器处于保护状态，压力传感器不适于长时间受压，因为长时间受压，压力传感器会产生压力疲劳，降低准确度。顶杆下降到指定高度，压力传感器才会受到被秤物的压力，才会对外送出信号。不管顶杆是上升还是下降，其速度都是很慢，因为都是通过旋转螺丝来实现的。只有这样，才能避免冲撞所带来的冲击力，才能保护压力传感器不致损坏。
[0009]本发明还提供一种天平式高精度电子秤量装置的秤量方法，具体步骤如下:
[0010](I)选取配重，所述配重比被秤物体轻压力传感器最大承载量的三分之一到三分之二 ；
[0011](2)调节限位器，顶住大梁右臂，使大梁传力点接触不到压力传感器；
[0012](3)将配重和被秤物体都放到托盘上，调节限位器使大梁右端缓缓下降，大梁传力点接触到压力传感器直至限位器不再受力；
[0013](4)通过压力传感器测量被秤物体与配重的重量差，并通过单片机数据采集处理系统将压力传感器采集到的压力信号转换为重量信息显示出来；被秤物体重量只要有微小的增加或减少，单片机数据采集处理系统的显示屏就会显示出对应的增加或减少量，其数值就是被秤物体重量的微小增加或减少量。
[0014]进一步的，所述单片机数据采集处理系统包括运算放大器、模数转换器、单片机、显示器；所述压力传感器将压力信号转换为模拟电信号送给运算放大器，经运算放大器放大后的信号送给模数转换器，经模数转换器转换后的数字信号形式的重量信息送给单片机，单片机对数字信号进行读取、运算，最后得到重量数据并送显示器进行实时显示，实现一个数据的采集。
[0015]进一步的，单片机数据采集处理系统中，如有存储、显示或打印按钮的某一按钮被按下，系统就执行相应的存储、显示或打印子程序；其中:按存储键是存储当前显示的数据，按显示键或打印键则是显示打印已存储的数据；如不按存储、显示和打印按钮，系统将继续循环读取模数转换器的转换数据、运算和实时显示。
[0016]有益效果:
[0017](I)本发明以天平式这种完全不同的方式让压力传感器受力，而用采取了限位器来防止压力传感器过载，保证压力传感器不长时间受力及由此产生的疲劳，保证秤量精度。
[0018](2)本发明的意义在于解决了科学研宄中需要获取大重量的物体在一定时间内重量发生微小变化的数据困难的问题，没有这样的组合秤量装置，这样的数据就很难取得或无法取得。如测量植株的水分消耗量及水分消耗速率等重量微变化，用一般电子秤是无法秤量的，而用高精度秤量秤量装置就可以直接秤取重量的微变化数据并用这些数据去验证理论公式计算结果，用技术手段支撑科学研宄，意义重大。
【附图说明】
[0019]图1为高精度电子秤量装置结构示意图；
[0020]图2为单片机数据采集处理系统硬件电路逻辑图；
[0021]图3为单片机数据采集处理系统软件控制流程图。
[0022]图中:1为大梁、2为支架、3为限位器、4为左托盘、5为右托盘、6为压力传感器、7为单片机数据采集处理系统。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0024]如图1-3所示，高精度电子秤量装置由能够承载一定重量的机械天平及高精度压力传感器和单片机数据采集处理系统构成。秤重时，天平左边加配重，右端放被秤物体，配重比被秤重物体轻约压力传感器最大