淺談分析天平的非線性影響機理

                      在電流 I 作用下,傳感器內的動圈發熱引起永磁體磁感應強度 B、動圈長度 L 發生變化[2-3],取樣電阻 RN發熱引起其本身阻值的變化。動圈的位置改變引起其感應到的電磁力 F 發生變化,以及環境溫度對磁感應強度 B、動圈長度 L、取樣電阻 RN的影響。由式( 2) 可知,B、L 的變化會對電子分析天平的質量稱量產生影響; 而取樣電阻 RN的變化影響電子分析天平系統采集處理后的顯示稱量結果。
                        1) 動圈機電平衡位置的影響
                        電磁力平衡傳感器正常工作時,機電平衡實際上表現為杠杠平衡,根據杠杠平衡條件可得:                         ( mp+ m) gr1= ( mcg + mag + F) r2          
                        式中: mp為稱盤質量,m 為被稱物體的質量,r1為稱盤**支點距離,mc為動圈質量,ma為配重塊的質量,F 為動圈感應到的電磁力,r2為動圈**支點距離??蛰d( m =0) 時,不考慮配重情況下( 即 ma= 0) ,式( 3) 滿足 mpgr1> mcgr2,以提供一個初始的電磁力 F( F >0) ,保證天平能正常工作。其中力 F 的大小可以通過配重塊 ma調節。在不通電時( F =0) ,存在( mp+ m) gr1>( mc+ ma) gr2,長時間會使得傳感器的簧片等力傳遞部件產生形變; 同樣,未經老化的傳感器存在一定的結構應力,**部件簧片、永磁體等會隨時間發生緩慢的變化。
                        上述形變或變化都會對整個傳感器機電平衡狀態產生影響,將會改變機電平衡后的動圈位置。在均勻磁場中,通電線圈受到的電磁力 F 滿足:
                                                            F = B⊥LI = BLI sin θ                                 
                        式中: B⊥為磁感應強度 B 法線方向的分量,θ 為線圈的平面法線( 法線方向與電流的方向符合右手螺旋關系) 與磁感應強度 B 的夾角。
                        動圈位置的變化表現為夾角 θ 的變化,使得動圈感應到的電磁力 F 發生變化,稱量的一致性變差。動圈活動空間未限位時,夾角 θ 波動空間較大將會使加卸載過程中動圈感應到的力 F 產生較大的波動,加長了傳感器的 PID 調節時間,天平的穩定性變差,直接影響到天平的稱量性能。
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