動態稱重顯示器模數轉換

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動態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,在動態稱重中將起到關鍵作用,因此在設計動態電子衡器時應首先設計或選擇一種合適的動態稱重顯示器。

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

一、動態稱重儀表的技術現狀

動態稱重儀表是所有動態衡器所用儀表的統稱,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,動態稱重儀表主要有動態軌道衡用儀表、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,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,只適合靜態儀表,不適合動態儀表。為了保持優點,克服缺點,滿足動態儀表的要求,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,完全可以滿足動態儀表的要求。