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一、產(chǎn)品分類(ProductClassification)電子秤依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景與精度等級(jí),可分為商業(yè)計(jì)價(jià)秤、工業(yè)臺(tái)秤、實(shí)驗(yàn)室分析天平、便攜式電子秤等類別。商業(yè)計(jì)價(jià)秤側(cè)重計(jì)價(jià)功能與合規(guī)計(jì)量,工業(yè)臺(tái)秤強(qiáng)調(diào)量程與抗干擾能力,實(shí)驗(yàn)室分析天平追求微克級(jí)精度,便攜式秤則以輕量化與便攜性為核心設(shè)計(jì)目標(biāo)。二、核心技術(shù)參數(shù)(CoreTechnicalParameters)1.量程(WeighingRange)指電子秤可穩(wěn)定測(cè)量的重量區(qū)間,通常以“最小稱量-最大稱量”形式標(biāo)注,如0.1g-3kg、5kg-500kg等。量程需與應(yīng)用場(chǎng)景的稱重需求匹配,避免過(guò)載損壞傳感器或欠載導(dǎo)致精度不足。(英文)Itreferstotheweightrangethatanelectronicscalecanmeasurestably,usuallymarkedintheformof"minimumweighing-maximumweighing",suchas0.1g-3kg,5kg-500kg,etc.Theweighingrangeshouldmatchtheweighingrequirementsoftheapplicationscenariotoavoidoverloading(whichmaydamagethesensor)orunderloading(whichmayleadtoinsufficientaccuracy).2.精度(Accuracy)精度體現(xiàn)測(cè)量值與真實(shí)值的偏差程度,常以“±X”或相對(duì)誤差(如±0.1%FS,F(xiàn)S為滿量程)表述。商業(yè)秤多要求±0.1%-±0.5%FS,實(shí)驗(yàn)室天平可達(dá)±0.001%FS,精度由傳感器、電路設(shè)計(jì)及校準(zhǔn)工藝共同決定。3.分辨率(Resolution)即顯示屏可顯示的最小重量變化量,如0.1g、1mg等。分辨率需與精度適配,若精度為±0.1g,分辨率設(shè)為0.01g會(huì)導(dǎo)致顯示無(wú)意義的微小波動(dòng),通常分辨率≤精度的1/3以保證讀數(shù)可靠性。(英文)Itistheminimumweightchangethatthedisplaycanshow,suchas0.1g,1mg,etc.Theresolutionshouldbeadaptedtotheaccuracy.Iftheaccuracyis±0.1g,settingtheresolutionto0.01gwillleadtomeaninglesstinyfluctuationsinthedisplay.Generally,theresolutionis≤1/3oftheaccuracytoensurethereliabilityofthereading.4.重復(fù)性(Repeatability)同一載荷多次稱量的偏差一致性,用多次測(cè)量的最大差值與量程的比值表示(如≤0.05%FS)。重復(fù)性差會(huì)導(dǎo)致稱重結(jié)果波動(dòng),需通過(guò)優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)與電路穩(wěn)定性來(lái)改善。(英文)Itreferstotheconsistencyofdeviationswhenthesameloadisweighedmultipletimes,expressedastheratioofthemaximumdifferenceofmultiplemeasurementstotheweighingrange(suchas≤0.05%FS).Poorrepeatabilitywillleadtofluctuationsinweighingresults,whichcanbeimprovedbyoptimizingthesensorstructureandcircuitstability.三、傳感器技術(shù)(SensorTechnology)1.應(yīng)變式稱重傳感器(Strain-GaugeLoadCell)通過(guò)金屬?gòu)椥泽w(如鋁合金、不銹鋼)的形變帶動(dòng)應(yīng)變片(電阻式)阻值變化,經(jīng)惠斯通電橋轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。其特點(diǎn)是量程覆蓋廣(0.1kg-數(shù)百噸)、成本適中、線性度好,廣泛應(yīng)用于工業(yè)與商業(yè)秤。2.電容式傳感器(CapacitiveSensor)利用平行極板間距隨重量變化導(dǎo)致的電容變化進(jìn)行測(cè)量,抗過(guò)載能力強(qiáng)、溫漂小,但易受電磁干擾。常用于高精度天平與惡劣環(huán)境(如潮濕、粉塵)下的工業(yè)秤。(英文)Itmeasuresbyusingthecapacitancechangecausedbythechangeofthedistancebetweenparallelplateswithweight.Ithasstronganti-overloadabilityandsmalltemperaturedrift,butiseasilyaffectedbyelectromagneticinterference.Itisoftenusedinhigh-precisionbalancesandindustrialscalesinharshenvironments(suchashumidity,dust).3.壓電式傳感器(PiezoelectricSensor)基于壓電晶體(如石英)受壓力產(chǎn)生電荷的特性,響應(yīng)速度極快(毫秒級(jí)),但量程較?。ǘ啵?0kg),適用于動(dòng)態(tài)稱重(如流水線計(jì)件)與沖擊載荷測(cè)量。(英文)Basedonthecharacteristicthatpiezoelectriccrystals(suchasquartz)generatechargesunderpressure,ithasanextremelyfastresponsespeed(millisecondlevel),butasmallweighingrange(mostly<10kg),andissuitablefordynamicweighing(suchaspiece-countingonassemblylines)andimpactloadmeasurement.四、電路設(shè)計(jì)(CircuitDesign)1.信號(hào)調(diào)理電路(SignalConditioningCircuit)傳感器輸出的微弱電壓信號(hào)(μV級(jí))需經(jīng)儀表放大器(InstrumentationAmplifier)放大,再通過(guò)低通濾波器(Low-PassFilter)抑制高頻噪聲,確保信號(hào)信噪比(SNR)>60dB,為后續(xù)模數(shù)轉(zhuǎn)換提供可靠輸入。(英文)Theweakvoltagesignal(μVlevel)outputbythesensorneedstobeamplifiedbyaninstrumentationamplifier,andthenthehigh-frequencynoiseissuppressedbyalow-passfiltertoensurethatthesignal-to-noiseratio(SNR)>60dB,soastoprovideareliableinputforthesubsequentanalog-to-digitalconversion.2.模數(shù)轉(zhuǎn)換(Analog-to-DigitalConversion,ADC)采用高精度ADC(如24位Σ-Δ型)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,轉(zhuǎn)換精度需≥16位以匹配傳感器分辨率,采樣率通常為100-1000Hz,兼顧響應(yīng)速度與數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。(英文)Ahigh-precisionADC(suchas24-bitΣ-Δtype)isusedtoconverttheanalogsignalintoadigitalquantity.Theconversionprecisionneedstobe≥16bitstomatchthesensorresolution.Thesamplingrateisusually100-1000Hz,takingintoaccountboththeresponsespeedanddatastability.3.微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)主流采用ARMCortex-M系列或8051內(nèi)核MCU,負(fù)責(zé)信號(hào)處理、算法運(yùn)算(如濾波、校準(zhǔn))、顯示驅(qū)動(dòng)與通信控制。需具備低功耗特性(如休眠電流<10μA)以延長(zhǎng)電池供電秤的續(xù)航。4.接口電路(InterfaceCircuit)包含RS-232、USB、藍(lán)牙(Bluetooth)等通信接口,用于數(shù)據(jù)上傳(如連接POS機(jī)、PC)或無(wú)線稱重(如手機(jī)APP同步)。工業(yè)秤常配備4-20mA模擬輸出或Modbus協(xié)議接口,實(shí)現(xiàn)與PLC系統(tǒng)的集成。五、軟件算法(SoftwareAlgorithm)1.數(shù)字濾波(DigitalFiltering)采用滑動(dòng)平均(MovingAverage)、卡爾曼濾波(KalmanFilter)等算法,濾除稱重過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)(如臺(tái)面晃動(dòng))與電磁干擾噪聲?;瑒?dòng)平均適用于靜態(tài)稱重(窗口大小3-10次采樣),卡爾曼濾波更適合動(dòng)態(tài)場(chǎng)景(如流水線稱重)。(英文)AlgorithmssuchasmovingaverageandKalmanfilterareusedtofilteroutmechanicalvibrations(suchastableshaking)andelectromagneticinterferencenoiseduringtheweighingprocess.Themovingaverageissuitableforstaticweighing(windowsize3-10samples),andtheKalmanfilterismoresuitablefordynamicscenarios(suchasassemblylineweighing).通過(guò)內(nèi)置溫度傳感器(如NTC熱敏電阻)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度,結(jié)合傳感器的溫度-輸出特性曲線,對(duì)測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償算法需覆蓋-10℃-40℃常用溫區(qū),確保溫度變化±5℃時(shí)誤差≤0.05%FS。3.非線性校正(Non-linearityCorrection)傳感器輸出與重量的關(guān)系存在非線性(如應(yīng)變片的泊松效應(yīng)),通過(guò)分段線性擬合(PiecewiseLinearFitting)或多項(xiàng)式擬合(PolynomialFitting),將校準(zhǔn)點(diǎn)(如0%、25%、50%、75%、100%FS)的偏差修正至≤0.01%FS。(英文)Thereisnon-linearityintherelationshipbetweenthesensoroutputandtheweight(suchasthePoissoneffectofthestraingauge).Throughpiecewiselinearfittingorpolynomialfitting,thedeviationofthecalibrationpoints(suchas0%,25%,50%,75%,100%FS)iscorrectedto≤0.01%FS.六、校準(zhǔn)方法(CalibrationMethod)1.內(nèi)部分度校準(zhǔn)(InternalDivisionCalibration)利用秤內(nèi)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)重量參數(shù)(如電子砝碼),通過(guò)“置零-調(diào)用校準(zhǔn)程序-自動(dòng)加載虛擬重量”完成校準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需外部砝碼,適用于現(xiàn)場(chǎng)快速校準(zhǔn),但精度受內(nèi)部參數(shù)穩(wěn)定性限制。2.外部砝碼校準(zhǔn)(ExternalWeightCalibration)使用經(jīng)計(jì)量院檢定的標(biāo)準(zhǔn)砝碼(如M1級(jí)、F1級(jí)),在空載(置零)后依次加載25%、50%、100%FS砝碼,系統(tǒng)自動(dòng)修正偏差。此方法精度高(校準(zhǔn)后誤差≤0.02%FS),是實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)秤的主流校準(zhǔn)方式。(英文)Usingstandardweights(suchasM1level,F1level)verifiedbythemetrologyinstitute,afterno-load(zeroing),load25%,50%,and100%FSweightsinturn,andthesystemautomaticallycorrectsthedeviation.Thismethodhashighaccuracy(error≤0.02%FSaftercalibration)andisthemainstreamcalibrationmethodforlaboratoryandindustrialscales.3.多點(diǎn)校準(zhǔn)(Multi-pointCalibration)針對(duì)非線性誤差較大的場(chǎng)景,選取5個(gè)以上校準(zhǔn)點(diǎn)(如0%、10%、30%、70%、100%FS),通過(guò)最小二乘法擬合校正曲線,可將線性誤差從±0.1%FS降至±0.03%FS以內(nèi)。(英文)Forscenarioswithlargenon-linearerrors,morethan5calibrationpoints(suchas0%,10%,30%,70%,100%FS)areselected,andthecorrectioncurveisfittedbytheleastsquaremethod,whichcanreducethelinearerrorfrom±0.1%FStowithin±0.03%FS.七、應(yīng)用場(chǎng)景適配(ApplicationScenarioAdaptation)需具備計(jì)價(jià)功能(如單價(jià)輸入、金額計(jì)算)、串口/藍(lán)牙連接POS機(jī)、防作弊設(shè)計(jì)(如鎖定量程、記錄稱重日志)。精度通常為±0.1%-±0.3%FS,量程15kg-30kg,滿足果蔬、生鮮等商品稱重需求。2.工業(yè)生產(chǎn)(IndustrialProduction)強(qiáng)調(diào)抗干擾(如EMC防護(hù)等級(jí)≥ClassB)、過(guò)載保護(hù)(量程的150%-200%)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(如記錄1000組稱重?cái)?shù)據(jù))。量程覆蓋50kg-5000kg,精度±0.05%-±0.1%FS,適配倉(cāng)儲(chǔ)稱重、產(chǎn)線計(jì)件等場(chǎng)景。(英文)Itemphasizesanti-interference(suchasEMCprotectionlevel≥ClassB),overloadprotection(150%-200%oftheweighingrange),anddatastorage(suchasrecording1000groupsofweighingdata).Theweighingrangecovers50kg-5000kg,andtheaccuracyis±0.05%-±0.1%FS,whichissuitableforscenariossuchaswarehouseweighingandproductionlinepiece-counting.3.實(shí)驗(yàn)室分析(LaboratoryAnalysis)追求微克級(jí)精度(如0.1mg)、極低溫漂(≤1ppm/℃)、防風(fēng)罩設(shè)計(jì)(減少氣流干擾)。需通過(guò)ISO/IEC____認(rèn)證,校準(zhǔn)周期≤1年,適用于化學(xué)
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