杠杆式电磁天平抗干扰方法研究

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1、2010年8月第30卷第4期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementAug．，2010V01．30．No．4文章编号：1000—7202(2010)04-0032—06中图分类号：TH823杠杆式电磁天平抗干扰方法研究朱刚王小三闫磊梅红伟(北京航天计量测试技术研究所，北京100076)文献标识码：A摘要对杠杆式电磁天平在称量过程中存在的主要干扰来源进行了探讨，对来源的主要形式做了理论分析，并通过实验进行了验证。同时，提出了抗干扰的解决方案，提高了天平称量的重复性和稳定性。关键词电磁天平信号分析抗干扰滤波Th

2、eResearchofAntijammingMethodforElectromagneticBalanceZHUGangWANGXiao··sanYANLeiMEIHong·-wei(BeijingAerospaceInstituteforMetrologyandmeasurementTechnology，Beijing100076)AbstractThedisturbanceinweightingofelectromagneticbalanceisdiscussed．Theoreticalanaly·sisisusedtodeterminethemainsour

3、ceofdisturbanceandexperimentsismadetoproveit．Solutionofthisproblemisdiscussedanditisprovedthatthesolutionisusefultoimprovetherepeatabilityandstability．KeywordsElectromagneticbalanceSignalanalysisAntijammingFiltering1引言电磁天平是以杠杆式机械天平为主体，通过引入电磁技术和电子技术，最后采用数字输出的新型天平。北京航天计量测试技术研究所自上世纪80年代开

4、始进行杠杆式电磁天平的研究，为“E：等级砝码标准装置”研制了配套天平，并以此为基础先后完成了小推力校准装置，微小力矩标准装置等课题的研究。国防计量预研课题“E．等级砝码标准装置”要求为E。等级砝码研制配套天平，这对天平提出了更高的重复性和稳定性指标要求。为此，对E：等级砝码标准装置配套天平进行了技术改造，应用多项创新技术，排除了称量中各种干扰因素。但是由于气流影响，特别是开关天平、加卸载砝码会引起收囊日期_'2009—08一18；修回8期：2010—05—21作者筒介：朱刚(1981一)。男。工程师，主要研究方向：力学计量。天平托盘的晃动，导致称量过程中读取的数据

5、不稳定，传统的电压表读数方式已经不能满足测量重复性要求。为此，采用动态信号分析技术对天平的输出数据进行分析，发现天平的输出具有明显的周期性。可以预见，天平的晃动是产生这些周期干扰的主要原因。本文从杠杆式电磁天平称量原理出发，对干扰的来源和形式进行了理论分析，并通过实验进行验证。同时，提出了解决方案。2称量原理天平称量原理如图1所示。称量时由于电磁补偿力矩的作用而自动平衡，其原理是当配重砝码与标准砝码不等而产生一力矩差时，天平横梁向一方第4期杠杆式电磁天平抗干扰方法研究·33·倾斜，位移变换器的差动铜片随之转动，将天平横梁倾斜的角度转换为位移(即弧长)的变化。此后，

6、位移变换器将位移信号变成电信号，并经放大器放大，负反馈给力矩器以电流，该电流又使力矩器产生力矩(即电磁补偿力矩)，使横梁向反向倾斜。当横梁最后静止时，它仍有一个小的倾斜角，与该角度大小成正比的电磁补偿力与配重砝码和标准砝码由于质量不等产生的力差平衡，电磁补偿力矩与配重砝码和标准砝码由于质量不等产生的力矩差平衡。此时反馈给力矩器的电流大小反映了配重砝码与标准砝码质量差值的大小，它们之间成正比。通过对力矩器电流的调节放大即可得到与砝码质量差成正比的电压信号。1一位移传感器；2一速度变换器；3一力矩器；4一速度信号放大器；5一放大器；6一数字电压表；7一砝码；8一砝码；

7、￡一天平横梁长的二分之一；L1一中刀至速度变换器和力矩器的距离。图l电磁天平称量原理图3干扰分析3．1受力分析天平横梁受到的力如图2所示，其中A为支撑点，承载砝码的托盘通过曰、C点分别作用于横梁。在静止情况下，这些力相互平衡，它们对A点的力矩也相互平衡。即图2天平横粱受力示意图F州+Fm2+Fa=凡+tl(1)，。l-Z1=F，，

8、2·Z2+只l·Z3+％·14(2)式中：L。，F以——托盘对横梁的拉力；t，，巴——电磁回复力；z，，12——B，c两点至A点的距离；f3，Z。——D，E两点至A点的距离；n卜一支柱支撑力。在静止情况下，托盘对横梁的拉力等于托盘自身的

9、重力，即L