介绍一款电子分析天平的工作原理和数学建模

1  奥豪斯仪器分析电子分析天平的工作原理与数学建模

1.1  一款电子分析天平的工作原理

传统脉宽调制式电子分析天平的平衡调节采用硬件PID电路。电磁力平衡传感器与调节电路共同构成电子分析天平的闭环调节系统。系统在物体加载前处于杠杆平衡状态。加载物体后，载荷产生的力矩使横梁偏转，横梁上的遮光片向上移动，光敏二极管D2、D3感应到发光管D1发出的光，产生电流信号(即光电检测信号)，并经I/V转换和PID调节后产生电压量输出，该电压量与固定的锯齿波信号通过比较器后输出一个脉宽调制信号(pulse widthmodulation，PWM)，以此控制晶体管Q的开关，使得流经线圈的电流随PWM宽度的变化而成比例地变化( I0为恒流源产生，可认为不变)。通电线圈在永磁体磁场作用下产生电磁力F，使横梁反向偏转，带动遮光片向下移动，光电检测信号随之减小.

2 电子分析天平闭环系统的数学模型

系统本身的特性决定了取得最佳效果所需的调节器整定值，为得到最优的平衡调节方法及其参数，需先建立闭环系统的数学模型。在该闭环系统中，电磁力平衡传感器数学模型的建立是系统建模的关键。