คำอธิบายเกี่ยวกับการตรวจวัดและแสดงผลน้ำหนักที่มีความแม่นยำสูง สำหรับวิศวกรฮาร์ดแวร์

การตรวจวัดและแสดงผลน้ำหนักที่มีความแม่นยำสูง หมายถึงการวัดน้ำหนักที่ถูกต้อง เชื่อถือได้ และทำซ้ำได้ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ สำหรับวิศวกรฮาร์ดแวร์ที่ทำงานในระดับแผงวงจร ช่องว่างระหว่างการวัดแบบมาตรฐานและการวัดที่มีความแม่นยำสูงนั้น มักไม่ได้เกิดจากส่วนประกอบเพียงชิ้นเดียว แต่เกิดจากข้อผิดพลาดสะสมของทั้งห่วงโซ่

เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักมาตรฐานมักให้ค่าที่เพียงพอสำหรับการใช้งานทั่วไป แต่การตรวจวัดน้ำหนักที่มีความแม่นยำสูงนั้นต้องการการควบคุมที่เข้มงวดมากขึ้นในเรื่องความเสถียรของการกระตุ้น สัญญาณรบกวนของแอมพลิฟายเออร์ ความละเอียดของ ADC และการจัดวาง สำนักงานบริหารทางหลวงแห่งสหรัฐอเมริการายงานว่า การเพิ่มเซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงและอัลกอริทึมขั้นสูงลงในระบบชั่งน้ำหนักขณะเคลื่อนที่ (Weigh-In-Motion) ที่ทันสมัย ​​ช่วยลดข้อผิดพลาดในการวัดได้มากถึง 30% สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าความแม่นยำขึ้นอยู่กับการออกแบบอย่างรอบคอบ ไม่ใช่แค่เพียงตัวเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักเท่านั้น

วงจรส่งสัญญาณจากเซ็นเซอร์ไปยังจอแสดงผล กลยุทธ์การแสดงผล และปัจจัยการผลิตในระดับแผงวงจร ล้วนทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดความแม่นยำขั้นสุดท้าย

ประเด็นที่สำคัญ

• ความแม่นยำสูงเกิดจากระบบโดยรวม ไม่ใช่แค่ส่วนใดส่วนหนึ่งเท่านั้น

• ใช้การวัดแบบอัตราส่วนเพื่อขจัดความคลาดเคลื่อนของการกระตุ้น

• ควรทำให้สายสัญญาณอนาล็อกที่มีความไวสูงมีความยาวสั้น และอยู่ห่างจากสัญญาณรบกวน

• ตรวจสอบการสอบเทียบอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้มีความแม่นยำอยู่เสมอ

• ควรคำนึงถึงต้นทุนและความแม่นยำตั้งแต่เนิ่นๆ ในขั้นตอนการออกแบบ

การกำหนดนิยามของการตรวจวัดน้ำหนักที่มีความแม่นยำสูงด้วยโหลดเซลล์

สะพานวัดความเครียดและพฤติกรรมของสัญญาณ

โหลดเซลล์แปลงแรงเป็นสัญญาณไฟฟ้าในสองขั้นตอน ขั้นแรก แรงจะทำให้ชิ้นส่วนทางกลงอ และเกจวัดความเครียดที่ติดไว้จะยืดหรือหดตามไปด้วย ขั้นที่สอง วงจรบริดจ์วีทสโตนจะแปลงการเปลี่ยนแปลงความต้านทานนั้นให้เป็นแรงดันไฟฟ้า ตัวประกอบเกจจะกำหนดว่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงไปมากน้อยเพียงใดสำหรับความเครียดที่กำหนด ดังนั้นเอาต์พุตของบริดจ์จึงอยู่ในช่วงมิลลิโวลต์และต้องขยายสัญญาณก่อนจึงจะสามารถแปลงเป็นดิจิทัลได้

คุณควรนึกถึงวงจรบริดจ์ว่าเป็นเครือข่ายที่สมดุล เมื่อแขนทั้งสองข้างเท่ากันและไม่มีโหลด แรงดันเอาต์พุตจะเป็นศูนย์ การเปลี่ยนแปลงความต้านทานเพียงเล็กน้อยในแขนข้างใดข้างหนึ่งหรือมากกว่านั้นจะทำให้วงจรบริดจ์เสียสมดุลและทำให้เกิดแรงดันตกคร่อม การออกแบบแบบควอเตอร์บริดจ์ ฮาล์ฟบริดจ์ และฟูลบริดจ์นั้นแลกเปลี่ยนความไวกับพฤติกรรมตามอุณหภูมิ และการตั้งค่าแบบฟูลบริดจ์นั้นพบได้ทั่วไปในโหลดเซลล์ที่มีความแม่นยำสูง นี่คือพื้นฐานของการออกแบบเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักแบบใช้ความต้านทานทั้งหมด

ข้อกำหนดด้านความแม่นยำที่สำคัญ

ความแม่นยำไม่ได้หมายถึงตัวเลขเพียงตัวเดียว ความละเอียด ความสามารถในการทำซ้ำ ความเป็นเส้นตรง และการเบี่ยงเบน แต่ละอย่างอธิบายถึงวิธีการที่ระบบอาจล้มเหลวได้ และระบบชั่งน้ำหนักต้องวางแผนรับมือกับสิ่งเหล่านี้ทั้งหมด ความเป็นเส้นตรงคือช่องว่างจากเส้นตรงในอุดมคติในช่วงการวัด ซึ่งมักจะต่ำกว่า ±0.017% FSO ในโหลดเซลล์ที่มีความแม่นยำสูง ความสามารถในการทำซ้ำคือความแตกต่างระหว่างการวัดน้ำหนักที่เหมือนกัน และการเบี่ยงเบนครอบคลุมถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ จากอุณหภูมิ การคืบคลาน หรือสัญญาณรบกวน

โหลดเซลล์ประเภท	ความไม่เป็นเชิงเส้น (% FS)	ฮิสเทอรีซิส (% FS)
เกจวัดความเครียดแบบดั้งเดิม	± 0.05	± 0.05
เกจวัดความเครียดแบบฟิล์มหนา	± 0.2	± 0.2
ไฮดรอลิ	± 0.3	± 0.2

เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักมาตรฐานมักยอมรับความคลาดเคลื่อนได้ ±0.1% ของค่าเต็มสเกล งานที่ต้องการความแม่นยำสูงในอุตสาหกรรมยาหรือการทดสอบในห้องปฏิบัติการอาจต้องการ ±0.01% หรือดีกว่านั้น คุณควรระบุแต่ละเงื่อนไขแยกกัน เพราะเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักที่มีความสัมพันธ์เชิงเส้นที่ดีก็อาจยังวัดซ้ำไม่ได้ ความแตกต่างนี้เองที่แยกการวัดแบบมาตรฐานออกจากการตรวจวัดน้ำหนักที่มีความแม่นยำสูง

คำแนะนำ: ควรสอบถามข้อมูลจากซัพพลายเออร์เกี่ยวกับค่าความไม่เป็นเชิงเส้นและค่าฮิสเทอรีซิส ณ จุดความจุหลายจุด ไม่ใช่แค่ตัวเลขหลักเพียงค่าเดียว

วงจรสัญญาณเซ็นเซอร์น้ำหนักบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

ความเสถียรของการกระตุ้นและการวัดแบบอัตราส่วน

วงจรบริดจ์ต้องการแรงดันกระตุ้นที่คงที่ ค่าที่ใช้กันทั่วไปคือ 5 V และ 10 V DC เอาต์พุตของโหลดเซลล์จะแปรผันตามแรงดันกระตุ้น ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของแรงดันกระตุ้น 0.01% จะทำให้เอาต์พุตที่วัดได้เปลี่ยนแปลง 0.01% คุณควรตรวจสอบว่าแหล่งจ่ายไฟกระตุ้นสามารถขับความต้านทานรวมของโหลดเซลล์ที่เชื่อมต่อทั้งหมดได้ รวมถึงความต้านทานของสายเคเบิลด้วย

การวัดแบบอัตราส่วนช่วยขจัดปัญหาเหล่านี้ได้มาก ADC ใช้แรงดันกระตุ้นเองเป็นค่าอ้างอิง สัญญาณและค่าอ้างอิงจึงเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกัน และค่าที่อ่านได้แบบดิจิทัลจะคงที่เมื่อแรงดันกระตุ้นเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ในทางกลับกัน ระบบแบบสัมบูรณ์จะใช้ค่าอ้างอิงภายในที่คงที่ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของแรงดันกระตุ้นแต่ละครั้งจะส่งผลต่อค่าที่อ่านได้โดยตรง ระบบชั่งน้ำหนักในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้แนวทางแบบอัตราส่วน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวบ่งชี้หรือเครื่องขยายสัญญาณของคุณเป็นแบบอัตราส่วนจริง เพราะหน่วยราคาถูกมักไม่ใช่

ตัวปรับสภาพสัญญาณของโหลดเซลล์จะต้องให้แรงดันกระตุ้นที่เสถียรและควบคุมได้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับวงจรบริดจ์วัดความเครียด ความเสถียรของแรงดันกระตุ้นส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำในการวัด เนื่องจากเอาต์พุตของโหลดเซลล์เป็นสัดส่วนกับแรงดันกระตุ้น

สัญญาณรบกวนชั่วขณะที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วยังคงสามารถเล็ดลอดผ่านได้ ควรใช้แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ และเพิ่มตัวกรอง LC ให้กับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ควรจัดวางสายไฟกระตุ้นและสายสัญญาณให้ห่างจากสายไฟหลัก การใช้แหล่งจ่ายไฟกระตุ้นเฉพาะสำหรับโหลดเซลล์ พร้อมด้วยเฟอร์ไรต์บีดหรือโช้คแบบคอมมอนโหมดบนสายไฟกระตุ้น จะช่วยได้ในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนสูง วงจรลูปกราวด์จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนทั้งในสายกระตุ้นและสายสัญญาณ ดังนั้นควรแยกเส้นทางส่งกลับออกจากกัน

เครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัดและตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลแบบเดลต้า-ซิกมา

วงจรขยายสัญญาณต้องเพิ่มสัญญาณระดับมิลลิโวลต์โดยไม่เพิ่มสัญญาณรบกวน ควรตั้งเป้าหมายให้มีการปฏิเสธสัญญาณโหมดร่วมอย่างน้อย 100 dB ที่กระแสตรง (DC) สำหรับงานอุตสาหกรรมและการแพทย์ที่ต้องการความแม่นยำสูง และตรวจสอบการปฏิเสธสัญญาณกระแสสลับ (AC) ที่ความถี่สัญญาณจริง เนื่องจากค่านี้จะลดลงเมื่อความถี่สูงขึ้น ควรระวังค่าออฟเซ็ตและค่าเบี่ยงเบนของสัญญาณอินพุต: ที่อัตราขยาย 100 ค่าออฟเซ็ต 50 µV จะกลายเป็นข้อผิดพลาดของเอาต์พุต 5 mV สถาปัตยกรรมชอปเปอร์แบบไร้ค่าเบี่ยงเบนเหมาะสำหรับการออกแบบที่มีค่าออฟเซ็ตต่ำที่สุด ควรใช้ตัวต้านทานปรับค่าอัตราขยายที่มีค่า 0.1% หรือดีกว่า และตรวจสอบค่าผลคูณของอัตราขยายและแบนด์วิดท์ที่อัตราขยายในการทำงานของคุณ

ส่วนหนึ่ง	คุณสมบัติหลักด้านเสียงรบกวนต่ำ/ความแม่นยำสูง	ความเหมาะสมสำหรับโซ่เซ็นเซอร์น้ำหนัก
INA128 (TI)	50 µV Vos, 120 dB CMRR (G≥100), อัตราขยาย 1–10,000, 700 µA Iq	เซ็นเซอร์บริดจ์, เทอร์โมคัปเปิล, ส่วนหน้าของวงจร ECG
INA118 (TI)	แรงดันไฟเลี้ยง 50 µV, ค่า CMRR 110 dB (G=1000), แบนด์วิดท์ 70 kHz ที่ G=100, ระบบป้องกันแรงดันไฟเข้า ±40 V	เครื่องมือพกพาพลังงานต่ำ, การเก็บรวบรวมข้อมูล
AD8221 (ADI)	ค่า Vos สูงสุด 60 µV, ค่า CMRR ต่ำสุด 80 dB (G=1), การเปลี่ยนแปลงค่าต่ำ	เครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรมและการแพทย์ที่มีความแม่นยำสูง
AD620 (ADI)	อัตราขยาย 1–10,000 ต้นทุนต่ำ ความเรียบง่ายด้วยชิปตัวเดียว	การขยายสัญญาณเซ็นเซอร์ทั่วไป, ECG, เครื่องชั่งน้ำหนัก
LT1167 (ADI)	เสียงรบกวนต่ำ ความแม่นยำสูง ใช้ตัวต้านทานขยายสัญญาณภายนอกเพียงตัวเดียว	การควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม เซ็นเซอร์ยานยนต์
INA828 (TI)	ชิปทดแทน INA128 รุ่นใหม่: เสียงรบกวนต่ำกว่า ใช้พลังงานต่ำกว่า และมีรูปแบบขาเชื่อมต่อเหมือนเดิม	การอัปเกรดแบบติดตั้งง่ายสำหรับดีไซน์ที่ใช้ INA128

ตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) แบบเดลต้า-ซิกมา 24 บิต จะอยู่หลังตัวขยายสัญญาณ PGA ในตัวให้ค่าการขยายสัญญาณตั้งแต่ 1 ถึง 128 และตัวแปลงสัญญาณสามารถรองรับ ENOB ได้สูงสุดถึง 23 บิต ตัวกรอง FIR แบบโปรแกรมได้ให้การกรองแบบน็อตช์ที่ 50 Hz และ 60 Hz พร้อมกัน ซึ่งช่วยป้องกันสัญญาณรบกวนจากไฟหลัก ตัวควบคุม LDO และรีจิสเตอร์การสอบเทียบในตัวช่วยลดจำนวนชิ้นส่วนภายนอก สถาปัตยกรรมนี้เหมาะสำหรับการวัดแบบบริดจ์ในเครื่องชั่งน้ำหนักและเกจวัดแรงดึง ซึ่งความละเอียดมีความสำคัญมากกว่าอัตราการสุ่มตัวอย่าง เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักดิจิทัลที่สร้างขึ้นด้วยวิธีนี้สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงแรงที่เล็กมากได้ ค่าที่ปราศจากสัญญาณรบกวน ไม่ใช่ความลึกของบิตดิบ จะบอกคุณถึงความละเอียดที่ใช้งานได้จริงของเซ็นเซอร์วัดน้ำหนัก

แผนผังวงจรสำหรับเซ็นเซอร์วัดน้ำหนัก

การป้องกัน การปกป้อง และการต่อสายดินของดวงดาว

สัญญาณอนาล็อกที่อ่อนจากเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักจำเป็นต้องแยกออกจากวงจรที่มีสัญญาณรบกวนสูง ควรวางวงจรขยายสัญญาณและวงจรแปลงสัญญาณไว้ใกล้แหล่งสัญญาณ สายสัญญาณที่สั้นจะรับสัญญาณรบกวนน้อยกว่า ควรวางสายสัญญาณของเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักให้ห่างจากวงจรปรับแรงดันไฟเลี้ยง วงจร oscillators และสายสัญญาณดิจิทัลความเร็วสูง หากจำเป็นต้องวางสายสัญญาณตัดกัน ควรทำมุมฉากแทนที่จะวางขนานกัน การเว้นระยะห่างระหว่างสายสัญญาณอย่างน้อยสามเท่าของความกว้างของสายสัญญาณจะช่วยแยกสายสัญญาณที่ไวต่อสัญญาณรบกวนในพื้นที่ที่มีพื้นที่จำกัดได้

การต่อสายดินแบบดาวช่วยปกป้องความแม่นยำ ส่งเส้นทางส่งกลับแต่ละเส้นกลับไปยังจุดร่วมจุดเดียว การเกิดข้อผิดพลาดจากอิมพีแดนซ์ร่วมจะหายไปเมื่อเส้นทางส่งกลับของแหล่งจ่ายไฟของออปแอมป์ไปถึงจุดดาวบนเส้นทางของตัวเอง วงแหวนป้องกันรอบจุดที่มีอิมพีแดนซ์สูงจะหยุดการรั่วไหลของพื้นผิว และการเคลือบแบบคอนฟอร์มอลจะช่วยป้องกันความชื้นไม่ให้ทำลายความแม่นยำอย่างช้าๆ ระนาบกราวด์จะป้องกันเส้นทางที่ไวต่อความเสียหายและทำให้เส้นทางส่งกลับมีระยะทางสั้นลง

เทคนิค	ปัญหาได้รับการแก้ไขแล้ว	คำแนะนำ
การแยก	การรบกวนระหว่างคลาสสัญญาณ	แยกสัญญาณอนาล็อกระดับต่ำออกจากสัญญาณดิจิทัล
การต่อสายดินของดวงดาว	แรงดันไฟฟ้าผิดพลาดจากกราวด์ลูป	จุดส่งคืนทั่วไปจุดหนึ่ง
การปกป้อง	การรั่วไหลของพื้นผิวที่ความต้านทานสูง	วงแหวนป้องกันที่ด้านข้างทั้งสองด้านของกระดาน
พื้นดิน	การขัดจังหวะเส้นทางส่งกลับ	หลีกเลี่ยงการแยกเครื่องบินขณะมีสัญญาณ

การติดตั้งเชิงกล การเคลื่อนตัว และการรับน้ำหนักที่ไม่ตรงศูนย์กลาง

วิธีการติดตั้งเป็นตัวกำหนดว่าเซ็นเซอร์วัดแรงแบบแม่นยำจะให้ความแม่นยำตามที่กำหนดหรือไม่ การรับแรงด้านข้างและพื้นผิวที่ไม่เรียบจะสร้างจุดความเค้นที่การสอบเทียบไม่สามารถแก้ไขได้ ติดตั้งเซ็นเซอร์วัดแรงแต่ละตัวบนพื้นผิวที่มั่นคงและได้ระดับ และจัดแนวแรงที่ใช้ให้ตรงกับแกนการตรวจจับ การติดตั้งที่แข็งทื่อซึ่งป้องกันการขยายตัวเนื่องจากความร้อนจะทำให้การกระจายความเค้นผิดเพี้ยนไปเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

การคืบตัว (Creep) คือการเสียรูปอย่างช้าๆ ภายใต้แรงกดคงที่ มันทำให้ค่าที่ได้จากเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักคลาดเคลื่อนและเพิ่มความไม่เป็นเชิงเส้น ควรวัดค่าอย่างรวดเร็วเมื่อทำได้ และตั้งค่าการสอบเทียบอย่างสม่ำเสมอเพื่อตรวจจับการคลาดเคลื่อน การรับน้ำหนักที่ไม่ตรงจุดศูนย์กลางจะสร้างโมเมนต์ดัดที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดช่วง ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามตำแหน่งของน้ำหนัก การแก้ไขมุมด้วยตัวต้านทานปรับแต่งหรือตัวแสดงผลดิจิทัลจะช่วยแก้ไขปัญหานี้ในระบบชั่งน้ำหนัก เซลล์รับน้ำหนักคุณภาพสูงในปัจจุบันมีความเสถียรในระยะยาวดีกว่า ±0.02% ของความจุที่กำหนดต่อปี ควรดูแลเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักทุกตัวในระบบด้วยความระมัดระวังเท่าเทียมกัน เพราะจุดยึดที่อ่อนแอเพียงจุดเดียวจะจำกัดการวัดทั้งหมด

คำแนะนำ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวติดตั้งเซ็นเซอร์วัดแรงทั้งหมดอยู่ในระดับเดียวกันและอยู่ในระนาบเดียวกันก่อนทำการทดสอบมุม

การสอบเทียบและความแม่นยำในการตรวจวัดน้ำหนักความแม่นยำสูง

การชดเชยอุณหภูมิและการสอบเทียบช่วง

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะทำให้จุดศูนย์และช่วงของสะพานทุกตัวเคลื่อนที่ คุณควรวางแผนรับมือกับผลกระทบทั้งสองอย่างเมื่อออกแบบระบบ เกจวัดความเครียดที่เข้าชุดกันจะช่วยในเรื่องนี้ได้ วางเกจวัดความเครียดเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงความร้อนส่งผลกระทบต่อพวกมันอย่างเท่าเทียมกันและหักล้างกัน การจัดวางแบบสะพานเต็มรูปแบบจะทำได้ดีในเรื่องนี้ ตัวเรือนของเซลล์รับน้ำหนักที่ทำจากโลหะผสมที่มีการขยายตัวทางความร้อนต่ำยังช่วยรักษารูปทรงให้คงที่เมื่ออุณหภูมิห้องสูงขึ้นหรือลดลง

มีวิธีการชดเชยหลายวิธี และแต่ละวิธีต่างก็แลกเปลี่ยนต้นทุนกับความสามารถ

วิธี	วิธีการทำงาน	ลักษณะสำคัญ
การปรับการกระตุ้นเทอร์มิสเตอร์	เทอร์มิสเตอร์จะเปลี่ยนการกระตุ้นของวงจรบริดจ์เพื่อชดเชยผลกระทบจากความร้อน	ลดความแรงของสัญญาณลงเล็กน้อย (~10%) และทำให้การตอบสนองต่อความร้อนช้าลง แต่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพ
การชดเชยฮาร์ดแวร์	เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและวงจรเพิ่มเติมช่วยปรับค่าเอาต์พุตให้ถูกต้องแบบเรียลไทม์	ตอบสนองรวดเร็ว; ต้นทุนสูงขึ้น
การชดเชยซอฟต์แวร์	โปรเซสเซอร์ใช้โมเดลการปรับแก้ค่าอุณหภูมิ	มีความยืดหยุ่นและคุ้มค่า ขึ้นอยู่กับข้อมูลการสอบเทียบที่แม่นยำ
การชดเชยแบบพาสซีฟ	ตัวต้านทานคงที่ช่วยแก้ไขข้อผิดพลาดอันดับแรก โดยเพิ่มเข้ามาตั้งแต่ขั้นตอนการผลิต	ใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมปานกลาง ไม่สามารถรับมือกับพฤติกรรมทางความร้อนที่ซับซ้อนได้
ค่าตอบแทนเชิงรุก	เซ็นเซอร์ในตัวจะวัดสภาพแวดล้อมโดยรอบ และไมโครโปรเซสเซอร์จะคำนวณค่าแก้ไขแบบเรียลไทม์	จัดการกับข้อผิดพลาดที่ไม่เป็นเชิงเส้น ปรับปรุงความแม่นยำในสภาพแวดล้อมแบบไดนามิก

การชดเชยจุดศูนย์จะทำให้เส้นโค้งการเบี่ยงเบนศูนย์ราบเรียบขึ้น ซึ่งจะทำให้คุณได้จุดเริ่มต้นที่มั่นคงสำหรับการชั่งน้ำหนักที่มีความแม่นยำสูง ขั้นตอนต่อไปคือ การสอบเทียบช่วงใช้มวลที่ทราบค่าในช่วงต่างๆ บันทึกจำนวนนับดิบ และปรับความชัน ทำซ้ำการทดลองที่อุณหภูมิสองหรือสามระดับ บันทึกค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไขลงในเซ็นเซอร์น้ำหนักดิจิทัลเพื่อให้เครื่องรักษาความแม่นยำที่ทำซ้ำได้หลังจากการจัดส่ง

คำแนะนำ: ควรทำการปรับเทียบช่วงการวัดอีกครั้งหลังจากทำการซ่อมแซมทางกลใดๆ สลักเกลียวยึดใหม่สามารถทำให้ค่าศูนย์คลาดเคลื่อนได้มากกว่าการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ

อินเทอร์เฟซการแสดงผลและกลยุทธ์การรีเฟรช

หน้าจอแสดงผลเป็นส่วนประกอบสุดท้ายในระบบ และอาจทำลายความแม่นยำที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สร้างมาได้ ควรปรับความละเอียดของหน้าจอแสดงผลให้ตรงกับค่าที่ปราศจากสัญญาณรบกวนของตัวแปลงสัญญาณ การแสดงตัวเลขที่เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักไม่สามารถแยกแยะได้จะทำให้ค่าที่อ่านได้กระพริบ และผู้ใช้งานจะสูญเสียความเชื่อมั่นในการวัด ควรปรับค่าตัวเลขบนหน้าจอให้เป็นค่าที่คงที่และคงค่าไว้

กลยุทธ์การรีเฟรชหน้าจอมีความสำคัญไม่แพ้กัน อัตราการอัปเดตที่เร็วเกินไปจะแสดงสัญญาณรบกวน ในขณะที่อัตราที่ช้าเกินไปจะทำให้รู้สึกว่าหน้าจอทำงานเชื่องช้า คุณควรหาค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาที่ครอบคลุมรอบการทำงานของไฟหลักหลายรอบ จากนั้นจึงอัปเดตหน้าจอด้วยอัตราที่คงที่ เพิ่มช่วงเวลาหน่วงสั้นๆ หลังจากการเคลื่อนไหวหยุดลง วิธีนี้จะทำให้ได้ค่าการอ่านน้ำหนักที่สม่ำเสมอ แทนที่จะเป็นตัวเลขที่แกว่งไปมา

ความอ่านง่ายคือหัวใจสำคัญของการวัด ใช้แบบอักษรที่ชัดเจน ความคมชัดที่ดี และระบุหน่วยไว้ข้างค่า สำหรับการวัดมวลที่แม่นยำสูง ควรแสดงตัวบ่งชี้ความเสถียรและธงติดตามศูนย์ สัญญาณเหล่านี้จะบอกผู้ใช้งานว่าค่าที่อ่านได้นั้นน่าเชื่อถือหรือไม่ อินเทอร์เฟซที่ออกแบบมาอย่างดีจะเปลี่ยนค่าที่ได้จากตัวแปลงดิบให้เป็นค่าการอ่านน้ำหนักดิจิทัลที่แม่นยำซึ่งผู้คนสามารถนำไปใช้ได้จริง

ทุกขั้นตอนมีความสำคัญ เซลล์รับน้ำหนักทำหน้าที่กำหนดขีดจำกัดทางกายภาพ วงจรส่งสัญญาณทำหน้าที่ปกป้องสัญญาณ และการสอบเทียบรวมถึงการแสดงผลช่วยรักษาความแม่นยำในการวัดตลอดเวลา ควรพิจารณาการสอบเทียบเป็นกระบวนการ ไม่ใช่ขั้นตอนที่ทำเพียงครั้งเดียว และระบบชั่งน้ำหนักของคุณจะให้ความแม่นยำสูงตลอดอายุการใช้งาน

การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติและการแลกเปลี่ยนข้อดีข้อเสียของ DFM

ระบบอุตสาหกรรม การแพทย์ และห้องปฏิบัติการ

เป้าหมายด้านความแม่นยำจะเปลี่ยนแปลงไปตามลักษณะงาน คุณควรเลือกเซ็นเซอร์วัดแรงกดให้เหมาะสมกับงาน ไม่ใช่ดูจากข้อมูลจำเพงในเอกสารข้อมูลจำเพาะ

หมวดหมู่แอปพลิเคชัน	ข้อกำหนดด้านความแม่นยำโดยทั่วไป
ถูกต้องตามกฎหมายสำหรับการค้า / มาตรวิทยา	±0.02% (OIML C3)
การควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่	±% 0.03
แอปพลิเคชันที่คำนึงถึงต้นทุนเป็นหลัก (ไม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวด)	±0.05% ถึง ±0.1%

ความต้องการความแม่นยำแตกต่างกันไปตามแต่ละงาน: เครื่องชั่งทางการแพทย์ที่ใช้วัดปริมาณยาต้องการความละเอียดสูงกว่าเครื่องชั่งอุตสาหกรรมที่ใช้ชั่งวัสดุจำนวนมาก เช่น กรวดหรือทราย นั่นเป็นเหตุผลที่โหลดเซลล์มีระดับความแม่นยำและความจุที่แตกต่างกันเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานหลายประเภท

ในกระบวนการผลิตยาและห้องปฏิบัติการ การชั่งน้ำหนักมีเป้าหมายเพื่อความแม่นยำสูงและการปฏิบัติตามกฎระเบียบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (APIs) และการควบคุมคุณภาพ หลักปฏิบัติที่ดีในการผลิต (GMP) กำหนดให้มีความแม่นยำถึงระดับไมโครกรัม เพราะแม้แต่การเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเพียงเล็กน้อยก็สามารถเปลี่ยนแปลงความสม่ำเสมอและคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ยาขั้นสุดท้ายได้ เครื่องชั่งวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการที่มีความละเอียดสูงและเครื่องชั่งวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการทั่วไปอาศัยเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักที่มีสัญญาณรบกวนต่ำและการควบคุมการเบี่ยงเบนที่แม่นยำ กรณีศึกษาที่ตีพิมพ์แสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่ดี: Shumate (2018, SLAS Technology) ได้ตรวจสอบความถูกต้องของแพลตฟอร์ม JAMS สำหรับการติดตามอัตราการจ่ายยาในการคัดกรองแบบความเร็วสูง น้ำหนักที่วัดได้แตกต่างจากการชั่งน้ำหนักด้วยมือของผู้ปฏิบัติงานโดยเฉลี่ย 1.0% และให้สรุปข้อมูลน้ำหนักแบบเรียลไทม์พร้อมการแจ้งเตือนที่ทันท่วงที การศึกษายังระบุถึงต้นทุนสูงและความสามารถในการขยายขนาดที่ต่ำด้วย

ข้อจำกัดในการออกแบบเพื่อการผลิต

ทุกการตัดสินใจด้านต้นทุนส่งผลต่อค่าความคลาดเคลื่อน เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักราคาถูกมักมีความไม่เป็นเชิงเส้นและฮิสเทอรีซิสที่กว้างกว่า และคุณไม่สามารถปรับเทียบค่าความคลาดเคลื่อนนั้นได้ในระดับแผงวงจร คุณควรเก็บชิ้นส่วนที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำไว้สำหรับช่องสัญญาณที่กำหนดความแม่นยำขั้นสุดท้าย และยอมรับชิ้นส่วนที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำกว่าในกรณีที่จอแสดงผลปัดเศษค่าอยู่แล้ว

การเลือกวิธีการประกอบก็มีความสำคัญเช่นกันความต้านทานของขั้วต่อและสายเคเบิลจะเพิ่มเข้าไปในวงจรบริดจ์ ดังนั้นควรระบุชิ้นส่วนที่มีความต้านทานการสัมผัสต่ำและทำการทดสอบ คุณภาพของข้อต่อบัดกรีบนตัวขยายสัญญาณและตัวแปลงสัญญาณส่งผลต่อการเบี่ยงเบนของค่าออฟเซ็ต และการตรวจสอบตามมาตรฐาน IPC-A-610 Class 2 สามารถตรวจจับข้อบกพร่องเหล่านี้ได้มากมาย การเคลือบแบบคอนฟอร์มอลเพิ่มขั้นตอนการผลิต แต่ช่วยปกป้องจุดที่มีความต้านทานสูงจากความชื้น เวลาในการทดสอบเป็นอีกสิ่งหนึ่งที่ต้องแลกเปลี่ยน การสอบเทียบแบบหลายจุดเต็มรูปแบบมีค่าใช้จ่ายต่อหน่วยสูงกว่าการตรวจสอบแบบจุดเดียว แต่จะรักษาความแม่นยำไว้ได้ตลอดทั้งล็อตที่จัดส่ง ควรปรับสมดุลข้อจำกัดเหล่านี้ตั้งแต่เนิ่นๆ และโซลูชันการชั่งน้ำหนักที่แม่นยำของคุณจะรักษาประสิทธิภาพการวัดไว้ในภาคสนามได้

ระบบตรวจวัดและแสดงผลน้ำหนักที่มีความแม่นยำสูง ช่วยให้คุณได้ผลการวัดที่เชื่อถือได้: ถูกต้อง แม่นยำ และได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ ความเชื่อมั่นนี้ทำให้ระบบโดยรวมทำงานได้ดียิ่งขึ้น

บทเรียนเหล่านี้ใช้ได้กับทั้งห่วงโซ่ โหลดเซลล์กำหนดขีดจำกัดทางกายภาพ และวิธีการทำงานของวงจรบริดจ์จะกำหนดว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถประมวลผลได้มากน้อยเพียงใด การออกแบบวงจรสัญญาณช่วยปกป้องสัญญาณขนาดเล็กนั้นการจัดวางแผงวงจรช่วยป้องกันสัญญาณรบกวนการสอบเทียบอย่างมีระเบียบวินัยช่วยรักษาความแม่นยำตลอดเวลา การแลกเปลี่ยนข้อดีข้อเสียในการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) จะตัดสินว่าการออกแบบจะรักษาความแม่นยำในปริมาณมากได้หรือไม่ เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักให้ผลตอบแทนที่ดีหากใส่ใจในทุกขั้นตอน และจุดอ่อนเพียงจุดเดียวจะจำกัดประสิทธิภาพโดยรวมของส่วนที่เหลือ

ความต้องการด้านความแม่นยำสูงเป็นตัวกำหนดวิธีการออกแบบระบบการวัดสมัยใหม่ วิศวกรฮาร์ดแวร์ที่วางแผนกระบวนการทั้งหมดตั้งแต่เนิ่นๆ จะสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านั้นได้

คำถามที่พบบ่อย

ฉันต้องมีจำนวนนับที่ปราศจากสัญญาณรบกวนกี่ครั้งจึงจะได้จอแสดงผลที่เสถียร?

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวเลขที่แสดงตรงกับค่าที่ปราศจากสัญญาณรบกวนของตัวแปลงสัญญาณ ตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลแบบเดลต้า-ซิกมา 24 บิต ให้จำนวนบิตดิบที่เพียงพอ แต่ความละเอียดที่ใช้งานได้จะต่ำกว่า แสดงเฉพาะตัวเลขที่เซ็นเซอร์วัดน้ำหนักสามารถรักษาค่าให้คงที่ได้ ตัวเลขที่เกินมาจะกระพริบและทำให้ผู้ใช้งานเชื่อถือค่าที่อ่านได้น้อยลง

เหตุใดค่าที่วัดได้จึงคลาดเคลื่อนแม้ว่าโหลดจะคงที่?

การเคลื่อนตัวอย่างช้าๆ ผลกระทบจากความร้อน และการเบี่ยงเบนของการกระตุ้น ล้วนทำให้เอาต์พุตเคลื่อนที่อย่างช้าๆ ตรวจสอบการติดตั้งก่อน พื้นผิวที่บิดเบี้ยวหรือแรงกดด้านข้างจะเพิ่มความเครียดที่การปรับเทียบไม่สามารถแก้ไขได้ จากนั้นยืนยันว่าแหล่งกำเนิดการกระตุ้นมีความเสถียรและตัวแปลงเป็นแบบอัตราส่วนอย่างแท้จริง ทำการปรับเทียบช่วงอีกครั้งหลังจากทำการแก้ไขทางกลใดๆ

ฉันควรใช้ตัวอ้างอิงแบบอัตราส่วนหรือแบบสัมบูรณ์ดี?

ควรเลือกใช้ระบบวัดแบบอัตราส่วน (ratiometric) สำหรับระบบชั่งน้ำหนักส่วนใหญ่ ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) ใช้แรงดันกระตุ้นเป็นค่าอ้างอิง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของแรงดันกระตุ้นอย่างช้าๆ จะหักล้างกันไป ในขณะที่ค่าอ้างอิงแบบสัมบูรณ์จะส่งการเปลี่ยนแปลงของแรงดันกระตุ้นทุกอย่างไปยังค่าที่อ่านได้โดยตรง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวบ่งชี้เป็นระบบวัดแบบอัตราส่วนอย่างแท้จริง เพราะหน่วยราคาถูกมักจะไม่ใช่

ระดับความแม่นยำใดที่เหมาะสมกับแอปพลิเคชันของฉัน?

งานที่เกี่ยวข้องกับการค้าที่ถูกกฎหมายโดยทั่วไปต้องการประสิทธิภาพระดับ OIML C3 ระบบควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะมีความยืดหยุ่นกว่าเล็กน้อย ผลิตภัณฑ์ที่คำนึงถึงต้นทุนและไม่มีข้อกำหนดด้านการปฏิบัติตามกฎระเบียบสามารถยอมรับค่าความคลาดเคลื่อนที่กว้างกว่าได้ เลือกเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักให้เหมาะสมกับงาน และอย่าลืมว่าเซ็นเซอร์วัดน้ำหนักราคาถูกมักมีความไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งคุณไม่สามารถปรับเทียบแก้ไขได้ในระดับแผงวงจร