動態(tài)稱重顯示器模數轉換

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動態(tài)稱重顯示器模數轉換

稱重顯示器作為電子衡器的大腦中樞,它融合了當今先進的信息技術和計算機技術,在動態(tài)稱重中將起到關鍵作用,因此在設計動態(tài)電子衡器時應首先設計或選擇一種合適的動態(tài)稱重顯示器。

動態(tài)稱重技術的研究方興未艾,是衡器的發(fā)展方向,動態(tài)稱重儀表應首當其沖,為我國衡器的發(fā)展作出更大的貢獻。動態(tài)稱重的理論研究更應加大力度,為我國的衡器發(fā)展指明方向。

一、動態(tài)稱重儀表的技術現狀

動態(tài)稱重儀表是所有動態(tài)衡器所用儀表的統(tǒng)稱,是指被稱物體在運動中就能得到其質量的儀表,不同的應用場合對稱重儀表有不同的功能、指標和參數的要求。在目前的情況下,動態(tài)稱重儀表主要有動態(tài)軌道衡用儀表、定量秤用儀表、配料秤用儀表、皮帶秤用儀表、動態(tài)汽車衡用儀表等,它們各有自己的特殊要求,但同時又有共同的一點:那就是高的采樣速率,即高的 A / D轉換速率。

在現有動態(tài)稱重儀表中,高速A / D轉換主要有積分式、∑一△式、逐次逼近式等,它們各有優(yōu)缺點,其中積分式和∑一△式A / D轉換應用較多,尤其∑一△式A / D轉換風頭正緊,這從產品廣告中可以看出。

二、關于 ∑一△式A / D轉換

∑一△式A / D轉換的基本原理是以很低的采樣分辨率 (1位 )和很高的采樣速率將模擬信號數字化,通過使用過采樣、噪聲整形和數字濾波等方法增加有效分辨率,然后再對輸出進行采樣抽取處理以降低有效采樣速率。所謂過采樣 ( voersamPling)就是在直流輸人信號上疊加一個交流信號,并用比這交流信號頻率高得多的采樣頻率進行采樣,此時得到的數字輸出值將是變化的,用這些采樣結果的平均值表示 A D C的轉換結果便能得到比用同樣ADC高得多的采樣分辨率。

∑一△式A / D轉換最早應用于音頻方面,最近幾年方才應用于衡器行業(yè),其顯著的特點是采樣速率快,達到 100次/秒以上,分辨率高,達到 24位,是看中了∑一△式A / D轉換器的高速率和高分辨率的特點,方才將其應用于動態(tài)稱重儀表中。

隨著應用的增多,∑一△式A / D轉換器的缺點也越來越明顯,抗干擾性差,有效分辨率達不到器件所說位數(61 位的∑一△式A / D轉換器只能達到 21一41 位的應用精度,24 位的∑一△式A / D轉換器只能達到20位的應用精度。),同時由于 ∑-△式A /D轉換內的數字濾波器需要較長的建立時間,并且這些器件大多采用串行輸出,這些均造成實際的有效采樣速率大大下降,影響了實際使用效果。在實際應用中達不到器件所說的分辨率和轉換速率。

三、關于積分式A / D轉換

積公式A / D轉換器是稱重儀表中最常用的一種A / D轉換形式,已經被大家所熟知,其實質是測量和比較兩個 (或三個 ) 積分的時間,一個是對模擬輸人電壓積分的時間T。,此時間往往是固定的,另一個是以充電后的電壓為初值,對參考電壓VRef反向積分,積分電容對放電指令所需的時間Ti。模擬輸人電壓Vi與參考電壓VRef:之比,等于上述兩個時間之比。其雙積分的波形。

由于TO、VRef為己知的固定常數,因此反向積分時間Ti(對VRef反向積分 )與輸人模擬電壓V,在 To 時間內的平均值成正比。輸人電壓Vi愈高,VA愈大,Ti就愈長。在Ti 開始時刻,控制邏輯同時打開計數器的控制門開始計數,直到積分器恢復到零電平時,計數停止。則計數器所計出的數字即正比于在輸人電壓Vi在T0 時間內的平均值,于是完成了一次A / D轉換。由于雙積分式A / D轉換是側量輸人電壓 Vi在T。時間內的平均值,所以對常態(tài)干擾 (串模干擾 )有很強的抑制作用,尤其對正負波形對稱的干擾信號,抑制效果更好。

雙積分式A / D轉換器電路簡單,抗千擾能力強,精度高,但轉換速度較慢,只適合靜態(tài)儀表,不適合動態(tài)儀表。為了保持優(yōu)點,克服缺點,滿足動態(tài)儀表的要求,人們對其進行了改進,設計出了多積分式A / D轉換器,使分辨率達到1/20 萬以上 (相當于18 位 ),采樣速率達到 70 次/秒,完全可以滿足動態(tài)儀表的要求。