顯示 器 檢 驗

中國計量科學(xué)研究院 周祖濂
一、歷史回顧
早期使用應(yīng)變傳感器的電子秤，配用模擬電路的顯示器。雖然要比機械更易實現(xiàn)自動化，但由于使用指針顯示讀數(shù)，以及要求長期穩(wěn)定激勵電壓，使其電子秤的精度低于機械秤，與桿秤和彈簧秤的精度差別不大。
隨著集成電路和微處理器廣泛用于電子秤顯示器，使得電子秤的性能有了顯著的進步，在此期間有了以下一些技術(shù)進步：六線制、比例式電壓測量、零點跟蹤等。使得精度大幅度提高，顯示器的分度值可達10000分度以上，靈敏度達1μv/d或更好。除可以數(shù)字顯示稱重結(jié)果，還可實現(xiàn)去皮、自診斷、數(shù)字輸出等功能，具有很強I/O與接口功能。更便于與工業(yè)自動化過程匹配。
二、近代顯示器的主要特點
由于近代微電子器件的高速發(fā)展，使得稱重顯示器有了概念化的轉(zhuǎn)變，進入了數(shù)字化智能化儀表的階段，ΣΔ−DA變換器的使用已*取代了以往的“三積分電路”。ΣΔ−DA變換器不僅有*的轉(zhuǎn)換精度可達224位和*線性度，而且有*的穩(wěn)定性（小于每年0.002%）和溫漂。靈敏度可達0.4μv/d（認證）或0.1μv/d。經(jīng)認證的分度值達10000分度，內(nèi)部分辨率一般可達550000碼。具有更強的自診斷和自學(xué)習(xí)的智能化功能，以及方便的接口和通信功能，如與CANopen，Pronfibus DP、Ethernet網(wǎng)絡(luò)相連。并能實現(xiàn)無砝碼較準和數(shù)字角差調(diào)整。
由于微電子器件的價格越來越低廉和傳感器的穩(wěn)定性能提高，形成了將兩者結(jié)合在一起的數(shù)字化傳感器。將一次測量器件與二次測量儀表的功能集成為一個整體，更便于工業(yè)自動控制過程的運用。
三、顯示器試驗指導(dǎo)
顯示器大體可分為靜態(tài)和動態(tài)測量兩大類，但與非自動衡器和自動衡器的關(guān)系相似。靜態(tài)顯示器的計量和技術(shù)指標是基本的。首先要試驗顯示器的靜態(tài)技術(shù)、計量性能后，再根據(jù)顯示器的不同運用結(jié)合稱重結(jié)構(gòu)測試其衡器的動態(tài)性能。
下面根據(jù)我在國外對顯示器的認證試驗以及在國內(nèi)的實際經(jīng)驗，講述應(yīng)該如何對顯示器進行試驗，供大家參考。
我國的顯示器試驗標準主要是根據(jù)OIML R76號建議制定。我在國外做認證時，歐洲是根據(jù)EN45501非自動衡器的歐洲標準和EC90/380/EEC號指令，并參照NMi（Nederlands Meetinstituut）的試驗程序進行。
下面將我國檢定中沒有列入試驗的一些主要項目敘述如下：首先根據(jù)EN45501規(guī)定，對顯示器做影響因子和干擾因子實驗時被接傳感器的阻抗和檢定分度值（μv/VSI）的要求是有不一樣的規(guī)定（如表1）。第二、對不同阻值的電纜和傳感器阻抗的影響進行試驗（如圖1和表2）。第三、按照下列傳感器的技術(shù)條件對顯示器做試驗：
1. 傳感器的靈敏感為2mv/v；
2. 激勵電壓為10V；
3. 傳感器加載范圍是zui大量程的30%；
4. 檢定分度數(shù)為6000VSI
5. 每檢定分度的電壓值為1μv/VSI（2mv/v，30%/6000）
表 1
EN45501
條款序號
條款 分配因子
Pi=
阻抗μv/VSI
A.4.4 Weighing Performance 0.3…0.8 low min
A.4.5 Multiple indicating device
Analogue 1 low min
Digital 0 low min
A.4.6.1 Weighing accuracy with tare low min
A.4.10 Repeatability low min/max
A.5.2 Warm-up time test 0.3…0.8 low min/max
A.5.3.1 Temperature（effect on amplification） 0.3…0.8 low min/max
A.5.3.2 Temperature（effect on no load） 0.3…0.8 low min
A.5.4 Power Voltage Variation 1 low min
3.9.5 Other influences
B.2.2 Damp heat steady state 0.3…0.8 low min/max
B.3.1 Short time power reduction 1 high* min
B.3.2 Bursts 1 high* min
B.3.3 Electrostatic discharge 1 high* min
B.3.4 Electromagnetic susceptibility 1 high* min
B.4 Span Stability 1 low min
VSI=Verification Scale Interval
*Test has to be Performed with load cell
顯示器放大器的檢定分度值和zui小分度值（μv/VSI）的精度取決于很多困素，例如：
——顯示器到傳感器或模擬器的電纜長度，
——顯示器的阻抗，
——激勵電壓的大小，
——連接點的溫差電勢，
——激勵電壓的不準確度，
——溯源性，重復(fù)性、穩(wěn)定性，等。
早期顯示器的激勵電源電壓大多為 10V，而現(xiàn)在大多為5V。因此同樣在6000 分度，傳
感器靈敏度為2mv/v 的情況，檢定分度值改變?yōu)?.5μv/XSI，與此同時，對用來檢測顯示器
的模擬器精度也要提高一倍。
表2：阻抗值
positio
Rc（ohm）
0
0
1
0.34
2
1.13
3
1.93
4
5.26
5
10
6
20
7
33.3
8
50.3
Positio
Rex（ohm）
Ric（ohm）
Number of load cells
0
1
Open
350
1
2
350
175
2
3
117
87.5
4
4
73
60
6
5
51
44
8
6
39
35
10
7
32
29
12
RIC=′+′•CexCexRIRRIR
圖1
對顯示器溫度影響的試驗可細分為兩部：
——顯示器的溫度影響；
——接到有傳感器電纜的溫度影響（試驗按照表2的電阻數(shù)值）。
并對試驗結(jié)果數(shù)據(jù)的計算做了規(guī)定和試驗原理的理論分析。
四、結(jié)束語
現(xiàn)在的顯示器雖然有了很大的發(fā)展，但對顯示器基本的計量準確度的要求沒有大的改變?，F(xiàn)在的顯示器的激勵電壓多為5V，而不是以往的10V。另外按EN45501的規(guī)定，對數(shù)
字式顯示器的分配因子Pi定為0值。數(shù)字傳感器的出現(xiàn)使之與相接的“顯示器”和早先的顯示器有了極大的不同，它已不再處理模擬信號，只處理數(shù)字信號，原理上講對溫度影響時是不靈敏的。總之，現(xiàn)在顯示器的發(fā)展與以往的顯示器有了不同，但對計量要求的試驗無大改變。因此把我過去的一些對顯示器試驗的了解寫出來供有興趣的同行參考。一些更詳細的資料在此就不詳述了。