【正文】 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S （ 26） 另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積 S=πr2，則 Δs=2πr*Δr，所以 ΔS/S=2Δr/r （ 27） 從材料力學(xué)我們知道 : Δr/r=μΔL/L （ 28） 其中，負(fù)號(hào)表示伸長(zhǎng)時(shí)，半徑方向是縮小的。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會(huì)有所改變，記作 Δρ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí)，它的電阻值為 R： R=ρL/S（ Ω）（ 24） 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 當(dāng)他的兩端受 F力作用時(shí)，將會(huì)伸長(zhǎng)，也就是說產(chǎn)生變形。我們來介紹一下它的意義。 電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。 由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。 稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電 阻 應(yīng)變式等 8類，以電阻應(yīng)變式使用最廣。國(guó)際法制計(jì)量組織 (OIML)規(guī)定，傳感器的誤差帶 δ占衡器誤差帶Δ的 70％ ，稱重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對(duì)靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶 δ。考慮到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對(duì)轉(zhuǎn)換的影響，稱重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。 衡器上使用的一種力傳感器。舊國(guó)標(biāo)將應(yīng)用對(duì)象和使用環(huán)境條件完全不同的“稱重”和“測(cè)力”兩種傳感器合二為一來考慮，對(duì)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法未給予區(qū)分。 在稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評(píng)價(jià)方法上，新舊國(guó) 標(biāo)有質(zhì)的差異。 檢測(cè)模塊 — 稱重傳感器 準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性是稱重傳感器的重要質(zhì)量指標(biāo)，是廣大用戶最關(guān)心的三大問題，同時(shí)也是我國(guó)稱重傳感器與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品相比較的主要差江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 距。雙積分 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在幾十至一、二百毫秒。 ? 轉(zhuǎn)換時(shí)間 表示完成一次從模擬量到數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，它反映了 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。但超出了 AD 轉(zhuǎn)換器分辨率的極限值，再增加位數(shù)，也不會(huì)提高分辨率。也就是說， AD 轉(zhuǎn)換器的分辨率，實(shí)際上反映了它對(duì)輸入模擬量微小變化的分辨能力。分辨率是指引起輸出二進(jìn)制數(shù)字量最低有效位變動(dòng)一個(gè)數(shù)碼時(shí)，輸入模擬量的最小變化量。 AD 轉(zhuǎn)換器的大致分類如 圖2. 4所示。常用的電路有并行比較型和反饋比較型兩種。 A/D 轉(zhuǎn)換器的分類 按轉(zhuǎn)換過程， AD 轉(zhuǎn)換器可大致分為直接型 AD 轉(zhuǎn)換器和間接 AD 轉(zhuǎn)換器。 既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定是△的整數(shù)倍，在數(shù)值上只能取接近的整數(shù)倍，因而量化過程不可避免地會(huì)引入誤差。把量化的結(jié)果用二進(jìn)制碼，或是其他數(shù)制的代碼表示出來，稱為編碼 。這就是說，在進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換時(shí)，任何一個(gè)被采樣的模擬量只能表示成某個(gè)規(guī)定最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，所取的最小數(shù)量單位叫做 量化單位 ，用△表示。量化和編碼是所有 AD 轉(zhuǎn)換器不可缺少的核心部分之一。 圖 2. 3 采樣保持電路 量化與編碼 為了使采樣得到的 離散的模擬量與 n 位二進(jìn)制碼的 2n 個(gè)數(shù)字量一一對(duì)應(yīng)，還必須將采樣后離散的模擬量歸并到 2n個(gè)離散電平中的某一個(gè)電平上，這樣的一個(gè)過程稱之為 量化 。在 S 接通的情況下，因?yàn)?uo39。比 uo低一個(gè)二極管的壓降時(shí)，將 uo39。這里的 U D1 表示江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 二極管 D 1 的正向?qū)▔航?。?uo所保持的電壓高出一個(gè)二極管的正向壓降時(shí)， D 1 將導(dǎo)通， uo39。與 u i不再保持線性關(guān)系，并使開關(guān)電路有可能承受過高的電壓。在沒有 D 1 和 D 2 的情況下，如果在 S 再次接通以前 u i 變化了，則 uo39。當(dāng) u L =0 時(shí)， S斷開，采樣結(jié)束，由于 u ch 無放電通路，其上電壓值 基本不變，故使 u o 得以將采樣所得結(jié)果保持下來。通過 R 2 對(duì)外接電容 C h 充電，使 u ch =u i 。=u i。采樣時(shí) 令 u L =1 ， S 隨之閉合。因此，采樣頻率通常取 fs=(35)fi(max) 已能滿足要求。 AD 轉(zhuǎn)換器工作時(shí)的采樣頻率必須大于等于式 （ 21） 所規(guī)定的頻率。為了保證能從采樣信號(hào)中將原信號(hào) 恢復(fù)，必須滿足條件 (21) 其中 f s為采樣頻率， f i(max) 為信號(hào) u i 中最高次諧波分量的頻率。量化和編碼是在轉(zhuǎn)換過程中同步實(shí)現(xiàn)江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 的，而且所用的時(shí)間又是保持的一部分。在具體實(shí)施時(shí)，常把這四個(gè)步驟合并進(jìn)行。 采樣模塊 — A/D 轉(zhuǎn)換 器 A/D 轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字信號(hào)，即將模擬量轉(zhuǎn)換成與其成比例的數(shù)字量。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下： (1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到 PID控制器的參數(shù)。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需 要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng) 曲線法和衰減法。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。 PID控制器的參數(shù)整定 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。微分 （ D） 控制：控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。 積分 （ I） 控制：控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 PID控 制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或 不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID控制技術(shù)。 PID控制器問世至今已有近 70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性 (stability)，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控 制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來 (Steadystate error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來定量描述。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。另例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋 的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系 統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則 稱為負(fù)反饋 ( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。還有可以實(shí)現(xiàn) PID控制功能的控制器，如 Rockwell 的 Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用 網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。有利用 PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn) PID控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實(shí)現(xiàn) PID控制的 PC系統(tǒng)等等。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。一 個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接 口。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 L P C 2 1 3 1稱 重 傳 感 器信 號(hào) 調(diào) 理 電路鍵 盤 和 L E D 顯 示可 控 硅 振 動(dòng) 電 機(jī) 圖 2. 1 控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng) 各模塊方案論證 控制模塊 — PID 控制 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。當(dāng)傳感器檢測(cè)到的物料實(shí)際重量滿足實(shí)際要求時(shí)，就可保持原樣下料，反之則多減少補(bǔ)。粉料如水泥等可以選擇螺旋給料裝置，砂和石子可以采用料門給料裝置，而水等液料則采用電磁閥給料裝置，物料送到稱重顯示控制器。 設(shè)備系統(tǒng)：主要包括一個(gè)裝料倉(cāng)、一臺(tái)下料電磁振動(dòng)給 料機(jī)、皮帶傳動(dòng)裝置等 3個(gè)部分。針對(duì)以上工藝要求和系統(tǒng)功能要求開發(fā)了能滿足要求的配料控制器。 具備以下幾個(gè)功能： ，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、查詢等功能。本文所 設(shè)計(jì)的配料系統(tǒng)是一種 基于 常用 的 皮帶秤 式稱重裝置，它的上料與下料過程均由 ARM 進(jìn)行控制， 成本低、精度高。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 引言 配料是冶金、建材、化工等行業(yè)的典型生產(chǎn)工藝，近年來，采用 電子皮帶 秤配料方式的配料系統(tǒng) 依然 盛行，主要是該配料方式具有計(jì)量準(zhǔn)確、維護(hù)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述， 基于電子 皮帶秤 的定量配料控制系統(tǒng) 在冶金企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用十分廣泛 ， 它 直接影響著生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和產(chǎn)品質(zhì)量。 在冶金 、水泥、化工等 企業(yè)里 高精度的自動(dòng)配料系統(tǒng) 有著廣泛的應(yīng)用場(chǎng)所，并貫穿于大部分 生產(chǎn)工序。其缺點(diǎn)是給料量的大小完全靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)或 人工跑盤 的結(jié)果來決定，配比精度較差，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，自動(dòng)化水平極低。 系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用 在企業(yè)生 產(chǎn)工藝過程中，需要將各種原料按照一定的比例配成混合物料，配比的準(zhǔn)確性以及配料系統(tǒng)的可靠性都將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 國(guó)外從上世紀(jì)五十年代開始使用電子皮帶秤，國(guó)內(nèi)則從 1965 年開始研制生產(chǎn)電子皮帶秤。 梅里克用這項(xiàng)發(fā)明 成立了梅里克（ Merrick）公司，開始生產(chǎn)皮帶秤 。這種根據(jù)重力測(cè)量固體物料流量的設(shè)備后來被稱為梅里克型機(jī)械式皮帶秤。 梅里克（ Herbert 電 子皮帶秤 的研究狀況及 發(fā)展 趨勢(shì) 電子皮帶秤是皮帶輸送機(jī)輸送固體散狀物料過程中對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)稱重的一種計(jì)量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測(cè)量出皮帶輸送機(jī)上通過物江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 料的瞬時(shí)流量和累積流量。 由于 各行業(yè)對(duì)配料的效率和精度要求越來越高，所以研制高效率、高精度自動(dòng)配料生產(chǎn)線勢(shì)在必行。配料精度低的主要原因是電子秤系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性范圍小，而可靠性差主要是中間繼電器和微機(jī)控 制系統(tǒng)的可靠性低所致。隨著我國(guó)電腦工業(yè)的發(fā)展，微機(jī)配料系統(tǒng)已逐步國(guó)產(chǎn)化，我國(guó)許多科研、生產(chǎn)單位都投入到開發(fā)生產(chǎn)的行列。 本文的 自動(dòng) 定量 配 料系統(tǒng)是根據(jù)國(guó)內(nèi)外智能配料系統(tǒng)的發(fā)展 狀況和趨勢(shì)，結(jié)合企業(yè) 實(shí)際需求 的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的配料系統(tǒng)計(jì)量裝置；它采用 ARM 控制器作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，具有原理先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、給料均勻可靠、測(cè)量準(zhǔn)確等特點(diǎn)。定量 配 料系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于水泥建材、冶金化工、電 力煤炭等行業(yè)粉體連續(xù)輸料的流量測(cè)量與定量給料的工業(yè)環(huán)節(jié)，如水泥廠入窯煤粉的定量給料及輸送就是一個(gè)典型的例子，其供料過程中的穩(wěn)定性、均勻性等問題是影響計(jì)量精度的主要因素。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日 期： II 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的