我為什么需要配置一臺稱重傳感器放大器或信號調(diào)節(jié)器？

稱重傳感器是將力的動能轉(zhuǎn)換為可量化的電信號。信號的強度與施加在稱重傳感器上的力（壓縮、張力、壓力等）成正比。通常這個信號非常小。因此，它必須通過信號調(diào)節(jié)器或稱重傳感器放大器，來提高信號質(zhì)量，然后再使用顯示器或控制系統(tǒng)。

信號調(diào)節(jié)是將稱重傳感器電氣輸出轉(zhuǎn)化為有用數(shù)據(jù)的過程。根據(jù)應(yīng)用的校正要求，信號調(diào)理可以是放大、衰減、隔離、線性化或其他類型的濾波。

模擬和數(shù)字信號

大多數(shù)稱重和力測量傳感器都是產(chǎn)生模擬信號輸出。因此，信號處理傳統(tǒng)上是模擬的。然而，隨著可用性計算、無線互聯(lián)網(wǎng)和比以往更快的處理，信號處理系統(tǒng)越來越數(shù)字化。模擬處理速度仍然更快，但數(shù)字處理通?？商峁└鼫?zhǔn)確的結(jié)果。數(shù)字信號調(diào)理還便于故障排除、調(diào)整和調(diào)優(yōu)。由于每種處理方法都有其優(yōu)點，因此系統(tǒng)通常同時包含兩者。在這種情況下，模擬到數(shù)字和數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換成為信號處理的一部分。

模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換

當(dāng)數(shù)字信號操作或處理更簡單時，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）會出現(xiàn)在應(yīng)用中。我們熟悉音樂錄制或攝影等應(yīng)用，將光線或聲音轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;數(shù)字格式在塑造這些行業(yè)的結(jié)果方面提供了極大的靈活性。同樣，ADC 在將負(fù)載單元的測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式時也很有用。對于儀器儀表，轉(zhuǎn)換器會采樣信號在離散點的振幅，以將其轉(zhuǎn)換為表示模擬測量幅度的數(shù)字信號。

信號采樣限制允許的帶寬或數(shù)字信號可以準(zhǔn)確表示的頻率范圍。這是"奈奎斯特限制"，等于采樣頻率的一半。也就是說，如果 ADC 以 120 個采樣/秒的速率采樣，則 ADC 輸出能夠準(zhǔn)確表示的最高輸入頻率為 60 Hz。由于數(shù)字輸出不再是恒定信號，操作員必須特別注意模擬信號的轉(zhuǎn)換速度和用于表示振幅的數(shù)字比特數(shù)。這將確定數(shù)字信號的分辨率和準(zhǔn)確性。

位是表示某些信息單位的二進(jìn)制數(shù)字或邏輯值。這通常是在雙狀態(tài)設(shè)備上實現(xiàn)的。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器通常至少使用 8 位，但可以使用多達(dá) 12 位。數(shù)字帶寬由這些可用數(shù)字的分辨率定義。

28= 256因此 8 位樣本的分辨率是 256 的 1 部分

212? 4096因此 12 位樣本的分辨率是 4096 的 1 部分

信號調(diào)節(jié)

當(dāng)信號調(diào)理是測量系統(tǒng)的一部分時，其輸出將具有以下三種特性：

（1） 理想情況下，它將沒有噪聲/不需要的頻率（通過濾波）;

（2） 格式適當(dāng);

（3） 信號將足夠大，足以檢測。

放大

大多數(shù)時候，負(fù)載單元的原始輸出信號太弱，無法讀取而不放大，其值為 100mV 或更少。這使得信號相當(dāng)容易受到環(huán)境電氣噪聲（如電磁干擾）的影響。此外，許多用戶界面需要更大的信號來給出正確的讀出。因此，信號通過放大進(jìn)行提升。負(fù)載單元的初始信號如何與儀表調(diào)節(jié)器或放大器變化？稱重傳感器輸出從0~36 mV放大到0-10V或4-20mA。放大器通常使用直流功率 （24V），可以驅(qū)動直接連接的 ± 300° 負(fù)載單元。許多處理一個或兩個傳感器，但可以連接到接線盒，以合并多個負(fù)載單元。

模擬放大器

通常，模擬放大是通過運算放大器（也稱為運算放大器）發(fā)生的。運算放大器是具有兩個輸入端子的電子設(shè)備：反轉(zhuǎn)和非反轉(zhuǎn)端。

運算放大器關(guān)系方程

儀表放大器（如稱重傳感器中使用的放大器）需要放大極低電平信號。它們通常包含多達(dá)三個運算放大器的組合，以生成必要的、增加的輸出振幅。

某些應(yīng)用（如加速度計）要求放大器具有高頻響應(yīng)，以防止失真。

數(shù)字放大器

數(shù)字放大器，如名稱所暗示的，會增加數(shù)字信號的量級，而不是模擬信號的大小。因此，在發(fā)生任何數(shù)字放大之前，傳感器的模擬輸出必須通過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。數(shù)字放大器只需將采樣值乘以固定常數(shù)即可放大信號。

衰減

衰減類似于放大，但衰減不是增加信號振幅，而是降低信號振幅。當(dāng)電壓超出模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的范圍時，這是必要的。當(dāng)測量大于 10V 的信號時，這些設(shè)備通常變得必要。

對于信號放大和衰減，數(shù)字信號乘以固定常數(shù);這在數(shù)學(xué)上改變了輸出的振幅。

分離

設(shè)備電壓范圍以外的信號可能會損壞設(shè)備，對操作員造成危險。隔離通常用于保護(hù)測量系統(tǒng)免受電壓尖峰的影響。它還用于斷開接地環(huán)路、塊浪涌和抑制高電壓。

存在各種隔離電壓的方法，包括為信號創(chuàng)建物理屏障和使用隔離放大器。特定應(yīng)用程序以及需要隔離的驅(qū)動原因決定了使用的方法。

信號線性化

信號線性化將傳感器或傳感器的非線性輸出轉(zhuǎn)換為所需輸出的線性函數(shù)。當(dāng)信號輸出與所需的測量輸出沒有線性關(guān)系時，儀器必須這樣做;例如，傳感器的輸出可能與輸入力或負(fù)載相比可能不太線性。信號線性化是通過信號調(diào)節(jié)器（如運算放大器）或通過數(shù)字軟件實現(xiàn)的。測量溫度的設(shè)備（如熱電偶）通常需要線性化。

橋接完成

使用四分之一或半橋傳感器時，橋完成形成四電阻惠斯通橋。Tacuna Systems 精密應(yīng)變計放大器/護(hù)發(fā)素可提供高精度電阻器的完成。該器件可以檢測連接到它的活動傳感器上的小電壓變化。

信號濾波

信號濾波是一種調(diào)理形式，用于從原始源信號中刪除特定類型的信號（如特定頻率）。

例如，如果操作員只想測量稱重傳感器輸出的高頻部分，他們可能會過濾扭曲結(jié)果的錯誤低頻信號。

信號濾波可以數(shù)字和通過模擬電路進(jìn)行。最常見的濾波器是高通、低通、帶通和槽口濾波器。

從本質(zhì)上講，濾波允許或拒絕高、中或低頻信號從原始源信號的通過。通過的頻率范圍是"直通帶"，而被拒絕的范圍是"停止帶"。

無源濾波器是僅由無源元件（如電阻器、電容器、電感器和變壓器）組成的信號濾波器。這種類型的濾波器很有用，因為它不需要外部電源。此外，它通常比活動篩選器更穩(wěn)定。

有源濾波器由放大器等有源元件組成，因此需要電源。

總結(jié)

來自稱重傳感器的原始信號通常較弱，并受環(huán)境條件的影響，這些環(huán)境條件可能會引入信號噪聲。對于接口來說，這種噪聲信號很難準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為負(fù)載測量。信號調(diào)節(jié)（包括放大器）可校正此輸出，以提高力測量系統(tǒng)的整體精度。測量系統(tǒng)的輸出理想情況下為：

（1） 無噪聲；

（2） 以適當(dāng)?shù)母袷剑M或數(shù)字）進(jìn)行過濾；

（3） 過濾不需要的信號；

（4） 足夠強大，可由接收顯示、存儲設(shè)備或控制系統(tǒng)使用。