电阻应变式力传感器制作的数显电子称

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1、*毕业设计（论文）任务书题目 电阻应变式力传感器制作的数显电子称 专业8 学号 * 姓* 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容：(一) 编写毕业设计论文;(二) 设计和制作电阻应变式数显电子秤1. 原理图分析和设计;2. 元器件的选择;3.制作并调试实物。基本要求：1能够正确实现对称重功能;2理解称重原理主要参考：1、电阻应变片的应用和研究;2、数显电子秤的分析和应用;完 成 期 限： 2009年4月 10号 指导教师签(* 评审小组负责人签名： 2008年 11 月 26 日(毕业设计（论文）设计（论文）题目：电阻应变式力传感器制作的数显电子秤所 在 系 ： 电子工程系 专 业 名

2、 称 ： 应用电子技术 学 生 姓 名： ( 学 号： 8 指 导 教 师： * 2009年 3 月 18 日郑 州 科 技 学 院摘要关键词：灵敏度、称重传感器、电阻应变计、柔性制造、 精度Intelligent degree, weigh to spread a feeling machine, electric resistance contingency to account, gentle manufacturing, accuracy电阻应变式传感器具有测量范围广、精度高、误差小和线性特性好等优点，且能在恶劣环境下工作，在力、压力和重量测试中有非常广泛的应用，力传感器具有结构简单、

3、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。 所以电阻应变式力传感器制作的数显电子秤具有准确度高易于制作，简单实用、成本低廉、体积小巧、携带方便等特点 。本文从数显电子秤的要求分析入手，将整个系统分成四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略、实现方法。详细讨论了系统的各种工况及信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。数显电子秤根据弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），将电信号通过数码显示器显示

4、出来，从而完成了将外力变换为电信号的过程。The electric resistance contingency type spread feeling tool to have diagraph scope wide, accuracy Gao, the error margin be small with line characteristic good etc. advantage, and ability under the bad environment work, in the dint, pressure and the weight test have very extensi

5、ve of application, the dint spread feeling tool to have structure simple, the physical volume be small, weight light, service life long etc. excellent characteristics. So the electric resistance contingency type dint spread a feeling machine creation of number show electronics steelyard to have an a

6、ccurate degree Gao be easy to creation, simple practical, the cost be cheap, the physical volume be cleverly made and take convenience etc. characteristics.This text from number show the request of electronics steelyard analysis to commence, be divided into four part, analysis and discussion: the wh

7、ole system each part of electric circuit principle, control strategy, realization method.Detailed discussion deliver of various work condition and signal circumstance of system, and got system part at dissimilarity work condition of work appearance.Number show electronics steelyard according to flex

8、ibility body(flexibility component, sensitive beam) at outside the dint function descend a creation flexibility transform, make to glue to stick at him surface of electric resistance contingency slice(conversion component) also together with creation transform, electric resistance contingency after

9、slice transform, it of resistivity will occurrence variety(enlarge or let up), again through correspond of measure electric circuit this electric resistance variety the conversion pass telecommunication number to figures display manifestation to come out for the telecommunication number(electric vol

10、tage or electric current), thus completion will outside dint transformation is the processof telecommunication number.引言现代社会的发展对其称重技术提出了更高的要求。目前，台式电了秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性：体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。目前国际化的趋势是电子秤向小型化，模块化，集成化，智能化，其技术性能趋向于速率高，准确度高，稳定性该，可靠性高等，其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的智能化电子秤。多年来，

11、人们一直期待测量准确、价格低廉的在工业发展中起到巨大作用的电子秤投放市场。传感器技术是现代科技的前沿技术，是制造业自动化和信息化的基础。随着工业自动化、信息化的发展。以往称重传感器的灵敏度、准确度渐渐跟不上时代的发展。所以称重行业急需一种能够在称重过程中准确计量，具有极高的灵敏度，较强的环境适应能力，以及比以往传感器更长的使用寿命。通过试验和创新电阻应变式力传感器具有以上特点!利用电阻应变式力传感器制作的数显电子秤，具有测量范围广、精度高、误差小和线性特性好等优点，且能在恶劣环境下工作，在重量测试中有非常广泛的应用，易于制作，简单实用、成本低廉、体积小巧、携带方便等特点。所以这种电子秤因为市场

12、的需要具有很大的发展，上升和推广空间。目录摘要3引言4目录5系统要求6总体规划73、设计内容及总体方案83.1、要求93.2、单元电路的具体设计103.2.1、测量电路103.2.2、电阻应变式传感器的组成以及原理103.2.3、电阻应变式传感器的测量电路103.3、差动放大电路113.4、A/D转换123.4.1、ICL7107双积分型的AD转换器的特点123.4.2、双积分A/D转换器结构123.4.3、双积分A/D转换器电路结构133.4.4、电压表部分电路应用144、主要硬件工作原理及选用144.1、电阻应变片154.2、弹性体164.3、弹性体的选用164.4、提高灵敏度的措施194

13、.5、应变式传感器的选用204.5.1、结构、形式的选择204.5.2、量程的选择204.5.3、准确度的选择214.5.4、某些特殊要求应如何达到215、注 意 事 项225.1、机械安装方面225.2、电气连接方面236、仪器的组装与调试246.1、组成246.2、特别注意246.3、调试过程256.4、检测电路257、系统所需元件列表268、系统方案总结26致 谢27参考文献28编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第30页 共30页系统要求电子秤的核心部件较为复杂，对工艺的要求很高。（1）电阻应变片是称重传感器的核心器件，其敏感栅结构、基底材料、灵敏系数稳定

14、性、机械滞后、蠕变和热输出等技术性能直接影响称重传感器的准确度和稳定性。（2）为满足称重传感器小型化、微型化的要求，特别是电子秤用能耗小、发热低、稳定性好的力传感器用大阻值应变计需要具有：结构简单、使用方便、准确度高、频率响应快、稳定性好、工作寿命长、几乎不用维修等特点。（3）灵敏系数是电阻应变计的重要参数，若是灵敏系数分散大，准确度低。灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.73.6之间；其次K值是一个无因次量。（4）电子秤的分辨力为1克，在2千克的量程范围内调试，其测量精度要达到0.5%rd+-1。（5）数码

15、显示管要具有显示清晰、性能稳定、使用寿命长、价格低廉。 另外，电子秤的传感器要选用稳定性能好、使用寿命长、准确度高、灵敏度高、价格低廉的元件。传感器选用E350ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350O，它具有粘合情况好、散热能力较强、输出功率较大、灵敏度高等。在工艺上可按需要制成任意形状，易于大量生产，成本低廉，尤其在常温条件下，箔式应变片更具有很强的稳定性。总体规划对于电阻应变式力传感器制作的数显电子秤主要有四个方面: 一、电路由测量电桥，二、差动放大电路，三、A/D转换电路，四、显示电路组成。从总的方面来考虑，传感器的使用应该尽量选用稳定性能高、使用寿命长、结构简单，但是又必须能使称重准

16、确。控制电路要根据选用的传感器来设计，主要考虑稳定性，抗干扰性。控制系统应简单实用，并且在称重时能够快速反应、准确计量。总体控制要考虑环境、所称重物体对电路的影响，在确保计量准确的情况下能够提高称重效率。总体电路如图7.1所示： 7107A1A2称重传感器放大电路A/D转换数码管显示电路R1R2R3R4R5R6RP1E 图7.1总体电路图3、设计内容及总体方案3.1、要求：1、电阻应变式传感器2、秤重范围为2kg3、电路由测量电桥，差动放大电路，A/D转换电路，显示电路组成4、工作原理，附系统原理图首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到A/D转换器。

17、其次，由A/D转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/D转换电路中。再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。具体方案如下：电阻应变式传感器输出信号差动放大电路放大信号显示电路（LED）A/D转换电路（双积分）图2-1电子秤的原理框图显示电路（LED）称重传感器输出信号放大显示电路（LED）A/D转换CPU3.2、单元电路的具体设计3.2.1、测量电路：电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心

18、。并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。3.2.2、电阻应变式传感器的组成以及原理：电阻应变式传感器简称电阻应变计。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数 3.2.3、电阻应变式传感器的测量电路：电阻应变片的电阻变化范围为0.00050.1欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。 桥式测量电路有四个电阻，

19、电桥的一个对角线接入工作电压E，另一个对角线为输出电压Uo。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化测量电桥如图：它由箔式电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥，测量电桥的电源由稳压电源E供给。物体的重量不同，电桥不平衡程度不同，指针式电表指示的数值也不同。滑动式线性可变电阻器RP1作为物体重量弹性应变的传感器，组成零调整电路，当载荷为0时，调节RP1使数码显示屏显示零。3.3、差动放大电路：A1A2R8R8R7VoViVi1Vi2I原理：一个放大电路，即差动放大电路，主要的元件就是差动放大

20、器。在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。仪表仪器放大器的选型很多，典型的差动放大器就是一种用途非常广泛的仪表放大器。它只需高精度LM358和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。本设计中差动放大电路结构图如下：推导过程：I=Vo=(R8+R7+R8)I=(1+)Vi，则Avf=1+放大电路与ICL7107的连线示意图如下3.4、A/D转换：A/D

21、转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。在选择A/D转换时，先要确定A/D转换的位数，该设计运用的是双积分式A/D转换器ICL7107，A/D转换误的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，系统精度涉及的环节很多，包括传感器的变换精度，信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等。3.4.1、ICL7107双积分型的AD转换器的特点a.直接输出7段译码信号 b.7107直接驱动LEDc.位十进制A/D转换器 d.双积分型电路3.4.2、双积分A/D转换器结构常见A/D转换器的转换方式有积分式和非积分式两类（如逐次逼近比较式A/D转换器），双积分式A/D转

22、换器的基本组成1采样过程：T1=2nTc对被测电压定时间积分，与Vi平均值相关2积分比较阶段对基准电压回积分（定值积分）3休止阶段电容放电，积分器归零1 积分器2 检零比较器3 时钟脉冲控制门4 计数器和定时器电路结构组成 工作过程7107在内部结构、而7107直接驱动LED（发光二极管）。电路的模拟部分通过自动调零、采样和基准积分三个阶段完成一次转换，转换速率为34次/秒。3.4.3、双积分A/D转换器电路结构常见A/D转换器的转换方式有积分式和非积分式两类（如逐次逼近比较式A/D转换器），双积分式A/D转换器的基本组成如图，它由积分器、比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数器及时钟脉冲源等电

23、路所组成。3.4.4、电压表部分电路应用：用7107组成的3位半直流数字电压表RP34、主要硬件工作原理及选用电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分所以在设计完电路要对各种原件的特性进行了解和论证下面就对电阻应变片、弹性体和检测电路逐一介绍：4.1、电阻应变片

24、电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作，这种材料的泊松系数是。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：R = L/S（） （21）当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长L，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少r。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作。对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：R = L/S + L/S SL/S2

25、 （22）用式（2-1）去除式（2-2）得到R/R = / + L/L S/S （23）另外，我们知道导线的横截面积S = r2，则 s = 2r*r，所以S/S = 2r/r （24）从材料力学我们知道r/r = -L/L （25）其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。是表示材料横向效应泊松系数。把式（24）（25）代入（2-3），有R/R = / + L/L + 2L/L=（1 + 2（/）/（L/L）*L/L= K *L/L （2-6）其中K = 1 + 2 +（/）/（L/L） （-）式（2-6）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。需

26、要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.73.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中L/L称作为应变，记作，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便常常把它的百万分之一作为单位，记作。这样，式（-）常写作：R/R = K (28)4.2、弹性体弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。以托利多公司的SB系列称重

27、传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。 = （3Q（1+）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2-9）其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：泊松系数；B、b、H、h为梁的几何尺寸。需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。4.3、弹性体的选用：-

28、电阻应变片能把感受到的力转换为电阻变化，再通过测量电路把电阻变化转化为电压变化。电阻应变式传感器具有测量范围广、精度高、误差小和线性特性好等优点，且能在恶劣环境下工作，在力、压力和重量等测试中有非常广泛的应用。图1测力传感器常用的弹性敏感元件有柱式、悬臂梁式、环式和框式等，要根据实际使用情况选取合适的敏感元件。应变式传感器常用的测量电路有单臂电桥、差动半桥和差动全桥，其中差动全桥可提高电桥的灵敏度，消除电桥的非线性误差，还可消除温度误差等共模干扰。在测量中都用4片应变片组成差动全桥，应变片粘贴位置的不同会影响测量的灵敏度和非线性误差，必须合理选取应变片的粘贴位置来提高测量精度。 应变片粘贴位置

29、的选取 选取应变片粘贴位置时，要把4片应变片中的两片粘贴在最大正应变处，另两片放在负的最大应变处，这样可获得最大的灵敏度。当采用如图1所示的实心柱式弹性敏感元件，分析在自由端受力时梁感受到的应变情况。在受力为F时，在圆柱体的轴向感受到的应变为最大正应变，其值可由式（1）得到。非线性误差分析和改进措施当施加作用力F时（压缩），感受环向应变的电阻R1和R4的阻值发生变化，如式（3）所示。（3） 式（3）中，R0为应变片的初始电阻值，K为应变片的灵敏系数。此时，感受轴向应变的电阻R2和R3也发生变化，如式（4）所示。（4）当采用图2所示的全桥差动电路进行测量时，输出电压可由式（5）得到。（5）从式（

30、5）中可以看出，电桥输出电压与被测力并不是线性关系，想获得较大的线性测量范围，就要减小KF（1）的值。可采用两种方法，一是测量较小的力，二是在满足使用要求的情况下，尽量选取泊松比大的材料。另外，在实际测量中，被测力不可能正好沿着圆柱体的轴线作用，而总是与轴线之间有微小的角度或偏心，使得弹性体除了受纵向力作用以外，还受到横向力和弯矩的作用，带来非线性误差。为了消除横向力的影响，可采用图3所示的承弯膜片结构。图3所采用的结构为在传感器刚性外壳上端面加一片极薄的膜片。由于膜片在平面方向刚度很大，所以作用在膜片平面内的横向力就经过膜片传递到外壳或底座，在垂直于平面方向的膜片刚度很小，所以沿柱体轴向的变

31、形正比于被测力。这样，膜片就承受了绝大部分横向力和弯曲，消除了对测量精度的影响。 4.4、提高灵敏度的措施为提高应变传感器的测量灵敏度，可采用8片相同的应变片，其中4片沿着轴向粘贴，另外4片沿着环向粘贴，如图4所示。采用8片应变片组成应变式测力传感器，相比4片应变片组成的电桥结构，可提高灵敏度1倍左右，还可以提高传感器测量的线性特性。由式（5）可知，要想提高传感器的灵敏度，可以在满足使用要求的情况下减小横截面积。但要考虑横截面积减小时，其抗弯能力减弱，对横向干扰的敏感程度增加。为了解决这一矛盾，在测量小集中力时，可以采用空心圆筒或承弯膜片，因为与实心圆柱体相比，空心圆筒在相同横截面积的情况下，

32、横向刚度大，横向稳定性好。另外，弹性圆柱体的高度对传感器的精度和动态特性都有影响，当高度与外径的比值大于1时，沿其中间断面上的应力状态和变形状态与其端面上作用的载荷性质和接触条件无关，在实际应用中，一般采用圆柱体的高度为外径的2倍。 采用轮辐结构提高精度使用应变式传感器测量力时，可以采用轮辐结构弹性元件来减小非线性误差，提高灵敏度，其结构如图5所示。轮辐式测力传感器由轮圈、轮轱、轮辐条和应变片组成。轮辐条成对且对称地连接轮圈和轮轱，当外力作用在轮轱的上端面或者下端面时，矩形轮辐条就产生平行四边形变形，形成与外力成正比的切应变。8片应变片与辐条水平中心成45角，分别粘贴在4根辐条的正反两面，并接

33、成差动全桥测量电路，当被测力作用在轮轱端面上时。沿辐条对角线缩短方向的应变片受压，电阻值减小，沿辐条对角线伸长方向的应变片受拉，电阻值增加，并且电桥的输出电压与被测力之间具有良好的线性特性。且由于是按照剪切力作用原理设计的，力作用点位置的精度对传感器测量精度影响不大。轮辐和轮圈的刚度很大，因此过载能力很强，线性测量范围比较宽4.5、应变式传感器的选用：在电子衡器中，选用何种称重传感器，要全面衡量。下面就称重传感器的结构形式、量程，准确度等级的选择上讲述一般要考虑的几个方面。4.5.1、结构、形式的选择选用何种结构形式的称重传感器，主要看衡器的结构和使用的环境条件。如要制作低外形衡器，一般应选用

34、悬臂梁式和轮幅式传感器，若对外形高度要求不严，则可采用柱式传感器。此外，衡器使用的环境若很潮湿，有很多粉尘，则应选择密封形式较好的；若在有爆炸危险的场合，则应选用本质安全型传感器；若在高架称重系统中，则应考虑安全及过载保护；若在高温环境下使用，则应选用有水冷却护套的称重传感器；若在高寒地区使用，则应考虑采用有加温装置的传感器。 在形式选择中，有一个要考虑的因素是，维修的方便与否及其所需费用，即一旦称重系统出了毛病，能否很顺利、很迅速的获得维修器件。若不能做到就说明形式选择不够合适。4.5.2、量程的选择称重系统的称量值越接近传感器的额定容量，则其称量准确度就越高，但在实际使用时，由于存在秤体自

35、重、皮重及振动、冲击、偏载等，因而不同称量系统选用传感器的量限的原则有很大差别。作为一般规则，可有： *单传感器静态称重系统：固定负荷（秤台、容器等）+ 变动负荷（需称量的载荷）所选用传感器的额定载荷 X 70% *多传感器静态称重系统：固定负荷（秤台、容器等）+ 变动负荷（需称量的载荷）选用传感器额定载荷 X 所配传感器个数 X 70%其中70%的系数即是考虑振动、冲击、偏载等因素而加的。需要说明的是：首先，选择传感器得额定容量要尽量符合生产厂家的标准产品系列中的值，否则，选用了非标准产品，不但价格贵，而且损坏后难以代换。其次，在同一称重系统中，不允许选用额定容量不同的传感器，否则，该系统没

36、法正常工作。再者，所谓变动负荷（需称量的载荷）是指加于传感器的真实载荷，若从秤台到传感器之间的力值传递过程中，有倍乘和衰减的机构（如杠杆系统），则应考虑其影响。4.5.3、准确度的选择称重传感器的准确度等级的选择，要能够满足称重系统准确度级别的要求，只要能满足这项要求即可。即若2500分度的传感器能满足要求，切勿选用3000分度的。 若在一称重系统中使用了几只相同形式，相同额定容量的传感器并联工作时，其综合误差为，则有:=/ n1/2 (212)其中：单个传感器的综合误差； n：传感器的个数。 另外，电子称重系统一般由三大部分组成，他们是称重传感器，称重显示器和机械结构件。当系统的允差为1时，

37、作为非自动衡器主要构成部分之一的称重传感器的综合误差（）一般只能达到0.7的比例成分。根据这一点和式（2-12），自不难对所需的传感器准确度作出选择。4.5.4、某些特殊要求应如何达到在某些称重系统中，可能有一些特殊的要求，例如轨道衡中希望称重传感器的弹性变形量要小一些，从而可以使秤台在称量时的下沉量小些，使得货车在驶入和驶出秤台时，减小冲击和振动。另外，在构成动态称重系统时，不免要考虑所用称重传感器的自振频率，是否能满足动态测量的要求。这些参数，在一般的产品介绍中是不予列出的。因此当要了解这些技术参数时，应向制造商咨询，以免失误。5、注 意 事 项电阻应变式称重传感器本身是一种坚固、耐用、可

38、靠的机电产品。但为了保证测试精度，我们仍有许多在使用中要注意匒问题，下面列出一些基本要求。5.1、机械安装方面称重传感器要轻拿轻放，尤其是由合金铝制作弹性体的小容量传感器，任何冲击、跌落，对其计量性能均可能造成极大损害。对于大容量的称重传感器，一般来说，它具有较大的自重，故而要求在搬运、安装时，尽可能使用适当的起吊设备（如手拉葫芦、电动葫芦等）。安装传感器的底座安装面应平整、清洁，无任何油膜，胶膜等存在。安装底座本身应有足够的强度和刚性，一般要求高于传感器本身的强度和刚度。水平调整：水平调整有两个方面的内容。一是单只传感器安装底座的安装平面要用水平仪调整水平，另一方面是指多个传感器的安装底座的

39、安装面要尽量调整到一个水平面上（用水准仪），尤其是传感器数多于三个的称重系统中，更应注意这一点，这样做的主要目的是为了使各传感器所承受的负荷基本一致。每种称重传感器的加载方向都是确定的，而我们使用时，一定要在此方向上加载负荷。横向力、附加的弯矩、扭矩力应尽量避免。尽量采用有自动定位（复位）作用的结构配件，如球形轴承、关节轴承、定位紧固器等。他们可以防止某些横向力作用在传感器上。要说明的是：有些横向力并不是机械安装引起的，如热膨胀引起的横向力，风力引起的横向力，及某些容器类衡器上的搅拌器的振动引起的横向力即不是机械安装引起的。某些衡器上有些必须接到秤体上的附件（如容器秤的输料管道等），我们应让他

40、们在传感器加载主轴的方向上尽量柔软一些，以防止他们“吃掉”传感器的真实负荷合而引起误差。称重传感器周围应尽量设置一些“挡板”，甚至用薄金属板把传感器罩起来。这样可防止杂物玷污传感器及某些可动部分，而这种“沾污”往往会使可动部分运动不爽，而影响称量精度。系统有无运动不爽现象，可以用以下方法判别。即在秤台上加或减大约千分之一额定负荷看看称重显示仪是否有反映，有反映，说明可动部分未受“沾污”。称重传感器虽然有一定的过载能力，但在称重系统安装过程中，仍应防止传感器的超载。要注意的是，即使是短时间的超载，也可能会造成传感器永久损坏。在安装过程中，若确有必要，可先用一个和传感器等高度的垫块代替传感器，到最

41、后，再把传感器换上。在正常工作时，传感器一般均应设置过载保护的机械结构件。若用螺杆固定传感器，要求有一定的紧固力矩，而且螺杆应有一定的旋入螺纹深度。一般而言，固定螺杆因采用高强度螺杆。传感器应采用铰合铜线（截面积约50mm2）形成电气旁路，以保护它们免受电焊电流或雷击造成的危害。传感器使用中，必须避免强烈的热辐射，尤其是单侧的强烈热辐射。5.2、电气连接方面传感器的信号电缆，不和强电电源线或控制线并行布置（例如不要把传感器信号线和强电电源线及控制线置于同一管道内）。若它们必须并行放置，那么，它们之间的距离应保持在50CM以上，并把信号线用金属管套起来。不管在何种情况下，电源线和控制线均应绞合起

42、来，合程度50转米，若传感器信号线需要延长，则应采用特制的密封电缆接线盒。若不用此种接线盒，而采用电缆与电缆直接对接（锡焊端头），则应对密封防潮特别予以注意，接好后应检验绝缘电阻，且需达到标准（20005000M），必要时，应重新标定传感器。若信号电缆线很长，又要保证很高的测量精度，应考虑采用带有中继放大器的电缆补偿电路。所有通向显示电路或从电路引出的导线，均应采用屏蔽电缆。屏蔽线的联接及接地点应合理。如图2一9所示。若未通过机械框架接地，则在图2一9A处接地，但屏蔽线互相联接后未接地，是浮空的。注意：有3只传感器是全并联接法，传感器本身是4线制，但在接线盒内换成6线制接法。传感器输出信号读出

43、电路不应和能产生强烈干扰的设备（如可”控硅，接触器等）及有可观热量产生的设备放在同一箱体中，若不能保证这一点，则应考虑在它们之间设置障板隔离之，并在箱体内安置风扇。用以测量传感器输出信号的电子线路，应尽可能配置独立的供电变压器，而不要和接触器等设备共用同一主电源电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。应变元件的工作原理基于导体和半导体的“应变效应”，即当导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值

44、将发生变化。箔式应变片的敏感栅是用厚度为0.0030.0lmm的金属箔经光刻、腐蚀等工艺制成的。优点是表面积与截面积之比大，散热条件好，能承受较大电流和较高电压，因而输出灵敏度高，并可制成各种需要的形状，所以选用这种传感器。6、仪器的组装与调试6.1、组成本装置由称重传感器、差分放大电路、A/D转换和数码显示电路四部分组成，电路附图所示。图中E为5V电池，R1R4为称重传感器的4片电阻应变片，R5、R6与RP1组成零调整电路（当载荷为零时，调节RP1使液晶显示屏显示零）。IC2、IC3为双运放集成电路LM358中的两个单元电路，A1、A2组成了一个对称的同相放大器。AD转换器采用了ICL710

45、7双积分型AD转换器。液晶显示屏采用3-1/2数码管。根据手提秤的特点，传感器应该选用S型称重传感器。电子秤的电子线路部分，除滑动电位器RP1和指示电表外，其他可集成安装在印制线路板上。6.2、特别注意：（1）.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。（2）.关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在 3V 至 5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入 199.9mV 的电压。在一开始，可以

46、把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。（3）.注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。（4）.注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地。（5）.比例读数：把 31 脚与 36 脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，这时候，数码管显示的数值最好是 100.0 ，通常在 99.7 100.3 之间，越接近 100.0

47、 越好。这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压具体是多少 mV 无关，也无法在外部进行调整这个读数。如果差的太多，就需要更换芯片了。6.3、调试过程（1）首先在秤体自然下垂已无负载时调整RP1，使显示器准确显示零。（2）再调整Rp2，使秤体承担满量程重量（本电路选满量程为2千克）时显示满量程值。 （调节Rp2衰减比） （3）然后在秤钩下悬挂1千克的标准砝码，观察显示器是否显示1.000，如有偏差，可调整RP3值，使之准确显示1000。（调节反向定值积分时间 Vi）（4）重新进行2、3步骤，使之均满足要求为止。 （5）最后准确测量RP2、RP3电阻值，并用固定精密电阻予以代替。RP1可

48、引出表外调整。测量前先调整RP1，使显示器回零。6.4、检测电路：检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。7、系统所需元件列表: 元件/集成块型号功能说明IC1ICL7107双积分A/D转换转换模-数信号IC2、IC3LM358高精度低温标双运算运放放大传感信号IC4LM38512V微功率电压参考二极管得到稳定电

49、压，再经电路供基准电源R1、R2、R3、R4（2kg称重传感器可代）E350ZAA箔式电阻应变片传感器RP1精密多圈电位器RP2、RP3调试后用精密金属膜电阻代替电源5V直流电源电阻各阻值共13块精密金属膜电阻电容各容量共7块积分电路中不能用瓷片电容倍压整流二极管二块I N41488、系统方案总结工作原理数显电子秤电路原理如上图所示，其主要部分为电阻应变式传感器R1、R2、R3、R4及IC2、IC3组成的测量放大电路，和IC1及外围元件组成的数显面板表。传感器R1采用E350ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350欧姆。测量电路将产生的电阻应变量转换成电压信号输出。IC2、IC3将经转换后的弱

50、电压信号进行放大，作为AD转换器的模拟电压输入。IC4提供l2V基准电压，它同时经R5、R6及RP2分压后作为A/D转换器的基准电压。3-1/2位A/D，转换器ICL7107的参考电压输人正端，由RP2中间触头引入，负端则由RP3的中间触头引入。两端参考电压可对传感器非线性误差进行适量补偿。致 谢本课题在选题及研究过程中得到马爱霞老师的悉心指导。马老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。马老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对马老师的感激之情是无法用言语表达的。通过这次毕业设计

51、，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在传感器的基本原理、传感器的实际应用，以及在常用传感器设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。我在指导老师马老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，并对当前电子领域的研究状况和发展方向有了一定的了解，这对我今后进一步学习传感器方面的知识有极大的帮助。在此，我衷心感谢马爱霞老师的指导和支持。在未来的工作和学习中，我将以更好的成绩来回报老师。在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生生活的电子工程系全体老师和同学门，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一

52、个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!参考文献：常健生主编 检测与转换技术 机械工业出版社 陈尔绍编著 传感器使用装置 人民邮电出版社 沙占友主编 智能仪表原理、使用与维修 电子工业出版社刘鸿文主编 材料力学，高等教育出版社，1979年黄继昌主编 传感器工作原理及应用实例人民邮电出版社黄贤武主编 传感器原理及应用电子科技大学出版社单成祥主编 传感器的理论与设计基础及应用国防工业出版社附表4：郑州科技学院毕业设计（论文）检查表时间（周次）内容指导教师意见指导教师签名附表5：郑州科技学院毕业设计评审表指导教师意见：认定成绩： 签字： 日期：毕业设计评审小组意见：组长签字： 日期：第 30 页 共 30 页