CN102809412A - 一种高性能电磁天平 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能电磁天平，该电磁天平包括称盘、平衡机构和配重部分，所述的平衡机构包括支点、横梁、指针、标尺、投影屏、光源和中柱，所述的配重部分包括两个磁极、可滑动导电电棒、线圈、检测与放大电路、电流控制部分和电源。本发明揭示了一种高性能电磁天平，该电磁天平采用单片机控制，能实现自动测量，自动调节天平平衡，自动采集与处理测量参数，并具有测量误差小、速度快、精度高的特点，给测量带来很大的方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种天平，具体涉及一种高性能电磁天平，属于计量技术领域。
背景技术
在质量计量学中，天平是重要的衡量工具，从计量基准的量传到日常的量值测定，都必须用天平进行衡量，它不仅与人们的日常生活密切相关，也为科学的发展做出了不可磨灭的贡献。直到现在，人们还在不断地对天平进行研究，借助于现代化的手段，提高天平的各种性能，以满足人们科学研究和日常生活的需要。然而，随着科学的发展，社会的进步，人们对质量计量的精度和灵敏度及其方便程度等的要求愈来愈高，与此同时，人们还不得不发展适合于各种不同要求和不同场合的质量计量仪器，如传统的天平、热分析天平等。
目前，人们使用的大多数质量计量仪器都有一个共同的缺点，那就是大部分仪器在测量时由于使用标准砝码的限制，不能连续自动测量，而且平衡支点大都采用接触式，大大降低了测量的精度。为此，设计一种测量方便，支点采用非接触的，能自动调节天平平衡，灵敏度、精度较高而且能连续自动测量的天平就具有十分重要的应用价值。
发明内容
针对上述需求，本发明提供了一种高性能电磁天平, 该电磁天平采用单片机控制，能实现自动测量，自动调节天平平衡，自动采集与处理测量参数，并具有测量误差小、速度快、精度高的特点，给测量带来很大的方便。
本发明是一种高性能电磁天平，该电磁天平包括称盘、平衡机构和配重部分，所述的平衡机构包括支点、横梁、指针、标尺、投影屏、光源和中柱，所述的配重部分包括两个磁极、可滑动导电电棒、线圈、检测与放大电路、电流控制部分和电源。
在本发明一较佳实施例中，所述的支点采用了磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承由转子、传感器、控制器和执行器组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器。
在本发明一较佳实施例中，所述的横梁选用45#钢材料制作，采用调质处理，其直径为40mm，长度为200mm，并与天平两端留有较适当的距离。
在本发明一较佳实施例中，所述的指针、标尺、投影屏和光源构成了天平的平衡判别系统，当指针在标尺上指示的零点和投影屏的零刻度线重合时就表示天平达到了平衡。
在本发明一较佳实施例中，所述的配重部分包括有能产生磁场的S磁极与N磁极，能在磁场中作切割磁场线运动并产生安培力的导电电棒，能产生电磁力的线圈，能对线圈电流进行检测与放大的检测与放大电路，由单片机控制的电流控制部分；该配重部分可以利用通电回路中的导电电棒在磁场中受到的电磁力对被测物体进行配重，并由电流控制部分控制电流大小来调节电磁力大小，使天平平衡。
在本发明一较佳实施例中，所述的电流控制部分采用了AT89S51单片机芯片、PCF8591模数转换芯片和MAX232串口芯片。
在本发明一较佳实施例中，所述的电流控制部分的控制过程为：当称重力发生变化时会使模数转换芯片模拟输入端输入电压变化，模数转换数值发生变化，再将转换后的电压传递给单片机，单片机根据此信号做出判断，再输出反馈信息，模数转换芯片将此输入信号经过数模转换器转换为电压信号，再将该电压信号输入磁场中的导体棒回路，调节电磁场中带电导棒电流大小，从而调节电磁力的大小，使天平再次达到平衡。
本发明揭示了一种高性能电磁天平, 该电磁天平采用单片机控制，能实现自动测量，自动调节天平平衡，自动采集与处理测量参数，并具有测量误差小、速度快、精度高的特点，给测量带来很大的方便。
附图说明
图1是本发明实施例高性能电磁天平的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1、称盘，2、横梁，3、支点，4、中柱，5、指针，6、标尺，7、投影屏，8、光源，9、S磁极，10、N磁极，11、可滑动导电电棒，12、线圈，13、电流控制部分，14、电源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
图1是本发明实施例高性能电磁天平的结构示意图；该电磁天平包括称盘1、平衡机构和配重部分，所述的平衡机构包括支点3、横梁2、指针5、标尺6、投影屏7、光源8和中柱4，所述的配重部分包括两个磁极、可滑动导电电棒11、线圈12、检测与放大电路、电流控制部分13和电源14。
本发明提及的高性能电磁天平的称盘1采取普通的单吊耳加载；平衡机构中的支点3采用了磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承由转子、传感器、控制器和执行器组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器，该磁悬浮支点3可以减少支点与被支撑面间的摩擦，从而提高测量精度；平衡机构中的横梁2选用45#钢材料制作，采用调质处理，其直径为40mm，长度为200mm，并与天平两端留有较适当的距离；平衡机构中的的指针5、标尺6、投影屏7和光源8构成了天平的平衡判别系统，当指针5在标尺6上指示的零点和投影屏7的零刻度线重合时就表示天平达到了平衡。
该电磁天平的配重部分包括有能产生磁场的S磁极9与N磁极10，能在磁场中作切割磁场线运动并产生安培力的导电电棒11，能产生电磁力的线圈12，能对线圈电流进行检测与放大的检测与放大电路，由单片机控制的电流控制部分13；该配重部分可以利用通电回路中的导电电棒11在磁场中受到的电磁力对被测物体进行配重，并由电流控制部分13控制电流大小来调节电磁力大小，使天平平衡；其中，电流控制部分13采用了AT89S51单片机芯片、PCF8591模数转换芯片和MAX232串口芯片，该电流控制部分13的控制过程为：当称重力发生变化时会使模数转换芯片模拟输入端输入电压变化，模数转换数值发生变化，再将转换后的电压传递给单片机，单片机根据此信号做出判断，再输出反馈信息，模数转换芯片将此输入信号经过数模转换器转换为电压信号，再将该电压信号输入磁场中的导体棒回路，调节电磁场中带电导棒电流大小，从而调节电磁力的大小，使天平再次达到平衡。
实际测量时，首先空载状态下接通电源，天平下端线圈中会有标准电流通过，产生电磁力，使天平处于平衡位置零点；然后，天平托盘放上待测物时，横梁2发生倾斜，则位置检测器产生不平衡信号，传给天平底部的一个内部检测电路，该电路即产生补偿电流流过线圈12，并产生更大的电磁力，以维持天平的平衡直到不平衡信号消失，天平则重新处于平衡状态，这时流过线圈12的电流与天平在空载平衡时流过的电流存在一个增值，这个增值与电磁力成正比例关系，也就与待测物重力成正比例，这样就可以得出被测物体的重量。
本发明揭示了一种高性能电磁天平, 该电磁天平采用单片机控制，能实现自动测量，自动调节天平平衡，自动采集与处理测量参数，并具有测量误差小、速度快、精度高的特点，给测量带来很大的方便。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种高性能电磁天平，其特征在于，该电磁天平包括称盘、平衡机构和配重部分，所述的平衡机构包括支点、横梁、指针、标尺、投影屏、光源和中柱，所述的配重部分包括两个磁极、可滑动导电电棒、线圈、检测与放大电路、电流控制部分和电源。
2.根据权利要求1所述的高性能电磁天平，其特征在于，所述的支点采用了磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承由转子、传感器、控制器和执行器组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器。
3.根据权利要求1所述的高性能电磁天平，其特征在于，所述的横梁选用45#钢材料制作，采用调质处理，其直径为40mm，长度为200mm，并与天平两端留有较适当的距离。
4.根据权利要求1所述的高性能电磁天平，其特征在于，所述的指针、标尺、投影屏和光源构成了天平的平衡判别系统，当指针在标尺上指示的零点和投影屏的零刻度线重合时就表示天平达到了平衡。
5.根据权利要求1所述的高性能电磁天平，其特征在于，所述的配重部分包括有能产生磁场的S磁极与N磁极，能在磁场中作切割磁场线运动并产生安培力的导电电棒，能产生电磁力的线圈，能对线圈电流进行检测与放大的检测与放大电路，由单片机控制的电流控制部分；该配重部分可以利用通电回路中的导电电棒在磁场中受到的电磁力对被测物体进行配重，并由电流控制部分控制电流大小来调节电磁力大小，使天平平衡。
6.根据权利要求5所述的高性能电磁天平，其特征在于，所述的电流控制部分采用了AT89S51单片机芯片、PCF8591模数转换芯片和MAX232串口芯片。
7.根据权利要求5所述的高性能电磁天平，其特征在于，所述的电流控制部分的控制过程为：当称重力发生变化时会使模数转换芯片模拟输入端输入电压变化，模数转换数值发生变化，再将转换后的电压传递给单片机，单片机根据此信号做出判断，再输出反馈信息，模数转换芯片将此输入信号经过数模转换器转换为电压信号，再将该电压信号输入磁场中的导体棒回路，调节电磁场中带电导棒电流大小，从而调节电磁力的大小，使天平再次达到平衡。
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