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分析天平的非線性影響機理
在電流 I 作用下，傳感器內(nèi)的動圈發(fā)熱引起永磁體磁感應強度 B、動圈長度 L 發(fā)生變化[2-3]，取樣電阻 RN發(fā)熱引起其本身阻值的變化。動圈的位置改變引起其感應到的電磁力 F 發(fā)生變化，以及環(huán)境溫度對磁感應強度 B、動圈長度 L、取樣電阻 RN的影響。由式( 2) 可知，B、L 的變化會對電子分析天平的質(zhì)量稱量產(chǎn)生影響; 而取樣電阻 RN的變化影響電子分析天平系統(tǒng)采集處理后的顯示稱量結(jié)果。
1) 動圈機電平衡位置的影響
電磁力平衡傳感器正常工作時，機電平衡實際上表現(xiàn)為杠杠平衡，根據(jù)杠杠平衡條件可得: ( mp+ m) gr1= ( mcg + mag + F) r2
式中: mp為稱盤質(zhì)量，m 為被稱物體的質(zhì)量，r1為稱盤至支點距離，mc為動圈質(zhì)量，ma為配重塊的質(zhì)量，F(xiàn) 為動圈感應到的電磁力，r2為動圈至支點距離。空載( m =0) 時，不考慮配重情況下( 即 ma= 0) ，式( 3) 滿足 mpgr1> mcgr2，以提供一個初始的電磁力 F( F >0) ，保證天平能正常工作。其中力 F 的大小可以通過配重塊 ma調(diào)節(jié)。在不通電時( F =0) ，存在( mp+ m) gr1>( mc+ ma) gr2，長時間會使得傳感器的簧片等力傳遞部件產(chǎn)生形變; 同樣，未經(jīng)老化的傳感器存在一定的結(jié)構(gòu)應力，關(guān)鍵部件簧片、永磁體等會隨時間發(fā)生緩慢的變化。
上述形變或變化都會對整個傳感器機電平衡狀態(tài)產(chǎn)生影響，將會改變機電平衡后的動圈位置。在均勻磁場中，通電線圈受到的電磁力 F 滿足:
F = B⊥LI = BLI sin θ
式中: B⊥為磁感應強度 B 法線方向的分量，θ 為線圈的平面法線( 法線方向與電流的方向符合右手螺旋關(guān)系) 與磁感應強度 B 的夾角。
動圈位置的變化表現(xiàn)為夾角 θ 的變化，使得動圈感應到的電磁力 F 發(fā)生變化，稱量的一致性變差。動圈活動空間未限位時，夾角 θ 波動空間較大將會使加卸載過程中動圈感應到的力 F 產(chǎn)生較大的波動，加長了傳感器的 PID 調(diào)節(jié)時間，天平的穩(wěn)定性變差，直接影響到天平的稱量性能。