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1、湖南大学硕士学位论文210g/0.1mg智能电子分析天平电路设计姓名：陈良柱申请学位级别：硕士专业：仪器科学与技术指导教师：滕召胜2010-04-10210g/0.1mg 智能电子分析天平电路设计 II 摘 要 电子分析天平是一种高准确质量称量仪器，是广泛应用于国防、科研、工厂、实验室的质量称量标准器具，具有称量准确度高、稳定性好、响应速度快等特点。为保证高准确度、高稳定性称量，电子分析天平的电路设计需要充分考虑实时性、准确性、稳定性和可靠性，电路性能成为影响电子分析天平计量性能的主要因素。 作者以湖南大学与上海精密科学仪器公司的合作研究项目智能电子分析天平为研究对象，采用高性能阻容元件、低噪
2、声运算放大器、高准确度 - 型A/D 转换器与电压参考基准、高精度数字温度传感器和超低功耗单片机等元器件设计了低噪声、高准确度、高稳定性的电子分析天平电路。本文主要内容包括： 首先，比较了国内外电子分析天平的发展状况，阐述了电子分析天平的关键部分电磁力平衡传感器与电子电路的研究现状，指出了本课题的研究意义以及本文工作的重点。同时，介绍了电子分析天平的工作原理，给出了电子分析天平系统和功能的设计方案。 其次，构建了电子分析天平电路设计的完整方案。在模拟电路设计中，利用光电检测电路完成被测试样质量的电信号变换，通过 PID 调节器与功率驱动电路输出具有足够驱动能力的电流信号，该电流信号流经电磁力平
3、衡传感器的动圈和高精度、低温漂的取样电阻，取样电阻上得到的电压信号通过抗混叠低通滤波电路进行有用信号提取与噪声过滤。在数字电路设计中，数据采集电路与温度测量电路完成了电压信号和温度信号从模拟信号到数字信号的准确检测与转换；单片机系统中的外围配置电路、通信接口、时钟、防风门检测、人机接口等模块设计为实现电子分析天平的所有功能提供硬件条件。 然后，研究了电子分析天平电路抗干扰设计技术，分析了器件、辐射和传导三类噪声对电路的影响，通过优化元器件选择降低器件噪声的影响，从接地方法、电源干扰抑制、印刷电路板抗干扰设计等多方面措施降低外界电磁辐射噪声与电路中产生的传导噪声影响，设计了一种电子分析天平的低噪
4、声电路。 最后，按照 JJG1036-2008 电子天平检定规程，采用 F1 等级的标准砝码，对电子分析天平的偏载误差、重复性和示值误差等计量性能指标进行了整机实验测试，并分析了测试结果，探讨了电子分析天平的误差因素。 采用上述电路设计方案的电子分析天平完全满足量程 210g、 感量 0.1mg 的设计要求，准确度高、稳定性好、响应速度快。 关键词：电子分析天平；电磁力平衡传感器；电子电路；噪声；抗干扰设计 硕士学位论文 III Abstract Electronic analytical balance is the high-accuracy instrument for mass mea
5、surement, which is widely used in national defense, scientific research, factories, and laboratory quality standards for mass measurement, with high accuracy and fast response, good stability and so on. In order to guarantee the merit mentioned above, the consideration of real-time, accuracy, stabil
6、ity and reliability are required and the circuit performance becomes critical to the measure performance of electronic analytical balance. In this thesis, for a type of intelligent electronic analytical balance, a cooperative project supported by Hunan University and Shanghai Precision the design of
7、 electronic analytical balance system and function are given. Secondly, a complete circuit design of electronic analytical balance is constructed. In the design of analog circuit, a photoelectric detection circuit is used to achieve the transformation from the tested samples mass to electric signal,
8、 a current signal with enough drive capability through PID regulator and power circuit is outputted, which flows to the electromagnetic force balance sensor coil and high-precision, low drift sample resistors. Then the anti-aliasing low-pass filter circuit is exploited to the extraction of useful si
9、gnal and noise filtering of the voltage signal of the sample resistance. In the design of digital circuit, the voltage signal and temperature signal is detected and transformed accurately from analog signals to digital signals by using data acquisition circuit. In addition, temperature measurement 2
10、10g/0.1mg 智能电子分析天平电路设计 IV circuit and peripheral configuration circuit, the communication interface, clock, wind door detection, man-machine interface modules of the SCM management system are designed to provide hardware conditions for achieving all the functions of electronic analytical balance. Th
11、irdly, the anti-jamming design of electronic analytical balance circuit is investigated. For instance, the devices noise, radiation noise and conduction noise which impacted the circuit are analyzed. The impact of devices noise is reduced by optimizing the choice of components, conduction noise gene
12、rated by the external electromagnetic radiated noise and circuit noise is reduced by various measures to attain a low-noise circuit design of electronic analytical balance, such as the grounding methods, power supply interference rejection, printed circuit board design and so on. Finally, according
13、to verification regulation for electronic balance, the electronic analytical balance is completed the experiment test to examine the partial load error, repeatability error and indication error by using the F1 grade standard weight. Additionally, the test results of electronic analytical balance are
14、 analyzed, and the error factors of electronic analytical balance are discussed. The above-mentioned design of electronic analytical balance meets the design requirements with scale range of 210g, accuracy of 0.1mg, and it is of high accuracy, good stability, and fast response. Keywords: Electronic
15、analytical balance; Electromagnetic force balance sensor; Electronic circuit; Noise; Anti-jamming design I 湖 南 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全
16、了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密?，在 年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 1 第1章 绪 论 质量称量是构成生产、流通、科学技术发展的基石。天平是最古老、最常用的计量物体质量（重量）的器具和装备，是从事自然科学和技术科学研究的重要工具，是衡量物质质量的重要手段，是应用范围最广泛、品种数量最多的计量装备1,2。电子分析天平作为一种高准确质量计量仪器，是广泛应用于国防、科研、工厂、实验室的质量计量标准器具3。本章比较分析国内外电子分析天平发展的状况，较为全面地介绍电子分析天平的关键部分
