文章在分析了數(shù)字指示地磅的基本原理和單元電路A/D轉(zhuǎn)換器的輸人、輸出特性的基礎(chǔ)上，試圖對數(shù)字指 示地磅稱量誤差檢定項(xiàng)目的原理進(jìn)行分析，并說明了理解這個(gè)檢定項(xiàng)目是理解整個(gè)規(guī)程的關(guān)鍵。

1.問題的提出

國家計(jì)量檢定規(guī)程規(guī)定，在計(jì)算數(shù)字指示地磅的 稱量誤差時(shí)，應(yīng)計(jì)算其數(shù)字示值化整前的誤差，而不 是計(jì)算顯示值的示值誤差。要計(jì)算數(shù)值示值化整前的 誤差，必須先計(jì)算出數(shù)值示值化整前的示值，即相應(yīng) 的模擬示值。規(guī)程雖然規(guī)定了檢定方法和計(jì)算公式， 但沒有解釋原理，相關(guān)資料也無說明，使檢定人員在 理解規(guī)程上產(chǎn)生困難。在數(shù)字指示衡器的多個(gè)檢定項(xiàng) 目中，都要求進(jìn)行數(shù)值示值化整前的示值（即模擬示 值）的計(jì)算。因此，有必要對數(shù)字指示地磅的相關(guān)的 概念及計(jì)算公式進(jìn)行分析，以加深我們對規(guī)程的理解 程度，從而更好地執(zhí)行規(guī)程。

2.數(shù)字指示地磅的基本原理

數(shù)字指示地磅是電子衡器的一種，它由稱重傳感 器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)系統(tǒng)組 成。稱重傳感器（一般為電阻應(yīng)變式）將非電量的物 體重量變換成電信號，經(jīng)過信號調(diào)理電路的整形、濾 波、放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號，經(jīng)單 片機(jī)處理并顯示出來。圖1為原理簡圖。

從數(shù)字指示衡器的原理可知，理想狀態(tài)下，加載 于稱重傳感器上的物體重量值應(yīng)與傳感器輸出和輸人 A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓值成線性關(guān)系，假設(shè)，用一 臺高精度的模擬電壓表代替A/D轉(zhuǎn)換器，電壓表應(yīng) 能顯示與重量值相對應(yīng)的電壓值，經(jīng)過換算，應(yīng)能得 到該重量的模擬示值。換用A/D轉(zhuǎn)換器后，連續(xù)的 電壓信號將變換成離散的數(shù)字信號，由于A/D轉(zhuǎn)換 器的位數(shù)有限，它只能用某一數(shù)字量代表一個(gè)輸人電 壓的范圍值，因此，A/D轉(zhuǎn)換將帶來轉(zhuǎn)換誤差，由 A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)單片機(jī)處理并顯示的數(shù)字示值與A/D 轉(zhuǎn)換前相當(dāng)?shù)哪M示值間，將產(chǎn)生誤差，該誤差即為 數(shù)字示值的化整誤差。

3.A/D轉(zhuǎn)換器的特性和模擬示值計(jì)算方法分析

A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬信號經(jīng)采樣、保持、量化 并碼成數(shù)字信號的電路。在量化過程中將產(chǎn)生量化誤 差，量化誤差是A/D轉(zhuǎn)換器不能消除的系統(tǒng)誤差。 圖2為理想A/D轉(zhuǎn)換器的輸人輸出特性圖。

輸出特性

設(shè)輸人A/D轉(zhuǎn)換器的最大電壓值為K,量化后 的數(shù)字量為/V個(gè)，則A/D轉(zhuǎn)換器能分辨的最低有效 位電壓值為V/N,即A/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小電 壓值，相當(dāng)于圖2中階梯的一個(gè)梯級電壓，稱為 1LSB。0.5LSB即為A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差，相當(dāng) 于圖2中半個(gè)階梯的梯級電壓值。此時(shí)，數(shù)字輸出 ~對應(yīng)于（V丨±0.5LSB)的電壓范圍。理想狀態(tài) 下，由于重量值與輸人A/D轉(zhuǎn)換器的電壓為線性關(guān) 系，則^也同時(shí)對應(yīng)了（/丨±0.5e)的重量范圍， 其中，/,是由單片機(jī)將數(shù)字量~進(jìn)行標(biāo)度變換和顯 示處理后的數(shù)字示值，e為衡器能分辨的最小重量 值，即顯示分度值，對應(yīng)了 A/D轉(zhuǎn)換的分辨率 1LSB。可以看到，加載于衡器上的（/1±0.5e)范 圍內(nèi)的重量都將顯示為/,,若將/,增加0.5e的重 量，則衡器必然在/,的基礎(chǔ)上多顯示一個(gè)分度值e。 設(shè)相應(yīng)的模擬示值為匕，必然在（/丨±0.5e)的重量范圍以內(nèi)，為了求出P,，可以給&附加重量 Am,使衡器正好在原來顯示的基礎(chǔ)上多顯示一 個(gè)分度e，其效果應(yīng)等同于在的基礎(chǔ)上增加一個(gè) 0.5e的重量，此時(shí)，（& + Am)應(yīng)等于U, + 0.5e),其中，Am是使/,正好增加顯示分度值所附 加的最小重量值。模擬示值應(yīng)等于（/1+0.5e- Am)0

4.稱量誤差的計(jì)算

以上分析并導(dǎo)出了數(shù)字指示地磅理想狀態(tài)下的模 擬示值A的求法，實(shí)際上，數(shù)字指示衡器的電路不 可能做到完全線性化，總會(huì)存在各種非線性的系統(tǒng)誤 差，有的誤差能用軟件修正，有的不能。在數(shù)字指示 地磅稱量性能測試這一檢定項(xiàng)目時(shí)，規(guī)程規(guī)定了用標(biāo) 準(zhǔn)怯碼來檢定衡器系統(tǒng)的稱量誤差，方法是在秤盤上 加放標(biāo)準(zhǔn)怯碼m,顯示為/，再逐一加放0.1 e的標(biāo) 準(zhǔn)小砝碼，使顯示在/的基礎(chǔ)上閃變?yōu)?/span>（/+e)這 個(gè)示值，記下所有附加砝碼的和Am，用（/ + 0.5e -Am-m-E0)計(jì)算該稱量的稱量誤差，其中，E0 為零點(diǎn)的稱量誤差，也應(yīng)用上面的閃變點(diǎn)方法來確 定。下面以一個(gè)計(jì)算示例說明：

例：有一臺電子天平，最大稱量為20kg，e = d = 0.1g, E0 = Q,在稱盤上加2_g (即m值）的 標(biāo)準(zhǔn)眩碼，指示值/ = 2_. lg，逐一加放O.Olg的 標(biāo)準(zhǔn)小砝碼，當(dāng)加到0.05g (即Am)時(shí)，指示值閃 變?yōu)?/span>2_.28。則該點(diǎn)的稱量誤差為（20000.1 +

5 x 0.1 -0.05 - 20000 - 0) g,即 0.1go 5結(jié)束語

我國現(xiàn)行制定的衡器檢定規(guī)程參照了國際法制計(jì) 量組織76號國際建議（OIMLR76)《非自動(dòng)衡童儀 器》，R76國際建議中的數(shù)字指示衡器包括數(shù)字指示 秤和數(shù)字指示天平（電子天平)。由于數(shù)字指示秤的 檢定分度值e與實(shí)際分度值相等，若無指示較小分度 值（不大于0.2e)的秤，應(yīng)采用本文所述的閃變點(diǎn) 方法來確定化整前的示值，對于數(shù)字指示天平，當(dāng)實(shí) 際分度值大于1/5檢定分度值e時(shí)，才對天平的示值 的化整誤差進(jìn)行修正。所以，并非所有的數(shù)字指示衡 器都要按本文所述的方法進(jìn)行稱量誤差計(jì)算，而直接 用數(shù)字指示值減去標(biāo)準(zhǔn)砝碼值來計(jì)算稱量誤差，在實(shí) 際檢定工作中應(yīng)注意區(qū)分。