電子應(yīng)變片組成電子秤畢業(yè)論文

1、摘 要電阻應(yīng)變式傳感器是根據(jù)應(yīng)變原理， 通過應(yīng)變片和彈性元件將機械構(gòu)件的應(yīng)變或應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電阻的微小變化再進(jìn)行電量測量的裝置。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測量裝置。應(yīng)變式傳感器具有以下優(yōu)點：（1） 測量范圍寬、精度高，如測量力可達(dá)10-1106N、 0.05% F.S，測量壓力可達(dá)101011Pa、0.1% F.S，測量應(yīng)變可達(dá)k級； （2） 動態(tài)響應(yīng)好，一般電阻應(yīng)變片響應(yīng)時間為10-7s， 半導(dǎo)體式應(yīng)變片響應(yīng)時間達(dá)10-11s； （3）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，體積小，重量輕；品種多，價格低， 耐惡劣環(huán)境， 易于集成化和智能化。電阻應(yīng)變片傳感器通過調(diào)節(jié)

2、放大器的放大倍數(shù)，并采用 A/D轉(zhuǎn)換器，通過A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。這種電子秤具有精確度高，操作簡單，性能穩(wěn)定 ，價格低廉，成本低，制作簡單等優(yōu)點。關(guān)鍵字：電子秤、電子應(yīng)變片、A/D轉(zhuǎn)換器，顯示電路LED。目 錄摘 要I目 錄II前 言1第 1 章 緒 論21.1 課題意義21.2課題方案2第2章 測量電路32.1 應(yīng)變式傳感器的工作原理32.2 電阻應(yīng)變片的特性42.2.1 電阻應(yīng)變片42.2.2 橫向效應(yīng)52.2.3 應(yīng)變片的溫度誤差及補償62.3電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路82.3.1 直流電橋82.3.2 交流電橋11第3章

3、 應(yīng)變傳感器的應(yīng)用133.1 柱(筒)式力傳感器133.2 膜片式壓力傳感器13第4章 差動放大電路154.1儀表儀器放大器的選擇154.2 差動放大電路圖：164.3 A/D轉(zhuǎn)換164.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇174.5 電壓表部分電路圖應(yīng)用17第5章 用電阻片構(gòu)成的電子秤19總 結(jié)21參考文獻(xiàn)22第1 頁前 言本文簡述的是由電阻應(yīng)變片式傳感器組成的電子秤。電子秤是由電阻應(yīng)變片，測量電路，差動放大電路，A/D轉(zhuǎn)換器，顯示電路等電路組成。其中電阻應(yīng)變片是重中之重。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測量裝置。而差動放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬

4、信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。重慶信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 1 章 緒 論電子秤具有稱重精確度高，簡單實用，攜帶方便成成本低，制作簡單，測量準(zhǔn)確，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點。1.1 課題意義電子秤具有稱重精確度高，簡單實用，攜帶方便成成本低，制作簡單，測量準(zhǔn)確，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點。是家庭購物使用的首選其電路構(gòu)成主要有測量電路，差動放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，顯示電路。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻

5、應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測量裝置。而差動放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。1.2課題方案利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測量電路測出物質(zhì)的重量信號，以模擬信號的方式傳送到A/D轉(zhuǎn)換器。其次，由A/D轉(zhuǎn)換電路把由差動放大器電路把傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，然后送A/D轉(zhuǎn)換電路中。再由A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送到顯示電路，最后

6、由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。具體方案如下：電阻應(yīng)變式傳感器輸出信號差動放大電路放大信號顯示電路（LED）A/D轉(zhuǎn)換電路（雙積分） 第2章 測量電路電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng)的測量電路而最后顯示或記錄被測量值的變化。在這里，我們用電阻應(yīng)變式傳感器作為測量電路的核心。并應(yīng)根據(jù)測量對象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度。2.1 應(yīng)變式傳感器的工作原理任何在線性范圍內(nèi)變形的彈性體，當(dāng)其受力發(fā)生變形時，長度將發(fā)生改變，產(chǎn)生應(yīng)變，這種效應(yīng)稱為應(yīng)變效應(yīng)。長度的相對變化稱為應(yīng)變，用表示，=L/L，其中L是原始長度，L是變化量。利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感器通稱為應(yīng)變

7、式傳感器。應(yīng)變式傳感器的工作原理是，機械彈性結(jié)構(gòu)體受力變形時產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)，這種應(yīng)變效應(yīng)由電阻應(yīng)變片完成檢測，應(yīng)變片的電阻變化再由電橋完成信號的轉(zhuǎn)換，并最終輸出與彈性體受力成對應(yīng)關(guān)系的電信號。為了弄清楚電阻應(yīng)變片的工作原理，先考察金屬電阻絲受力變形后的電阻變化，電阻絲拉伸前后的變化如圖2-1所示。 圖 4-1 金屬絲應(yīng)變效應(yīng)金屬絲的原始長度是L，半徑r，受力F作用后長度為L+L，半徑為r-r。根據(jù)金屬絲的電阻計式， 由R的全微分得到R的相對變化，表達(dá)式如下： (2-1)式中：L/L是長度的相對變化，即應(yīng)變；S/S是截面積的相對變化；/是電阻率的相對變化。對于金屬絲的變形，有 (2-2)式中：為泊

8、松比，它反映了金屬絲變形后長度的相對變化L/L和半徑的相對變化r/r之間的比例關(guān)系，如對于鋼材，=0.285。將式(2-2)代入式(2-1)，得 (2-3) 電阻的相對變化對應(yīng)于應(yīng)變的靈敏度系數(shù)定義為 （2-4）所以金屬絲的靈敏度系數(shù)為 (2-5) 2.2 電阻應(yīng)變片的特性2.2.1 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片有金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。傳統(tǒng)的金屬應(yīng)變片又分為絲式和箔式兩種。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)一般高于金屬應(yīng)變片，但穩(wěn)定性不如金屬應(yīng)變片。圖2-2(a)、(b)、(c)分別是絲式應(yīng)變片、箔式應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)。絲式

9、、箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)特點是將敏感應(yīng)變的電阻絲用不同的工藝方法制作成柵狀。圖2-2 金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬應(yīng)變片對電阻絲材料有較高的要求，一般要求靈敏度系數(shù)大，電阻溫系數(shù)小，具有優(yōu)良的機械加工和焊接性能等，康銅是目前應(yīng)用最廣泛的應(yīng)變絲材料。根據(jù)應(yīng)變片應(yīng)變測試方向的不同，應(yīng)變片有多種結(jié)構(gòu)形式，主要有正向、切向、45°方向、圓周方向等形式的應(yīng)變片。應(yīng)變片是用粘結(jié)劑粘貼到被測件上的，這就要求粘結(jié)劑形成的膠層必須準(zhǔn)確迅速地將被測件的應(yīng)變傳遞到敏感柵上。選擇粘結(jié)劑時必須考慮應(yīng)變片和被測件的材料性能，要求粘接力強，粘結(jié)后機械性能可靠，電絕緣性良好，蠕變和滯后小，耐濕，耐油，耐老化等。常用的粘結(jié)劑類

10、型有硝化纖維素型、氰基丙稀酸型、聚酯樹脂型、環(huán)氧樹脂型和酚醛樹脂型等。傳統(tǒng)的絲式金屬應(yīng)變片已經(jīng)很少見，目前常用的是箔式金屬應(yīng)變片這種應(yīng)變片的制作方式有蝕刻、蒸發(fā)和濺射等工藝。應(yīng)變片的阻值通常在一百歐姆到幾千歐姆之間，金屬應(yīng)變片阻值較小，半導(dǎo)體應(yīng)變片阻值較大。應(yīng)變片通常要求有較高的絕緣電阻，一般在50100 M以上。應(yīng)變片的最大工作電流是指應(yīng)變片允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流。工作電流大，輸出信號也大，靈敏度就高。但工作電流過大會使應(yīng)變片發(fā)熱，使靈敏度系數(shù)產(chǎn)生變化，零漂及蠕變增加，甚至燒毀應(yīng)變片。工作電流的選取要根據(jù)試件的導(dǎo)熱性能、工作環(huán)境溫度及敏感柵形狀和尺寸來決定。通常直流靜態(tài)測

11、量時取25mA左右，交流或間隙測量時可適當(dāng)取高當(dāng)具有初始電阻值R的應(yīng)變片粘貼于試件表面時，試件受力引起的表面應(yīng)變將傳遞給應(yīng)變片的敏感柵，使其產(chǎn)生電阻相對變化R/R。實驗表明，在彈性變形范圍內(nèi)，R/R與軸向應(yīng)變x的關(guān)系滿足下式: (2-6) 定義K=(R/R)/x為應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。它表示安裝在被測試件上的應(yīng)變片在其軸向受到單向應(yīng)力時，引起的電阻相對變化R/R與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸向應(yīng)變x之比。由于受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能的影響，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K通常小于相應(yīng)敏感柵整長應(yīng)變絲的靈敏度系數(shù)k。其中最主要的影響因素是敏感柵的結(jié)構(gòu)形狀，尤其是柵端圓弧部分橫向效應(yīng)的影響。

12、2.2.2 橫向效應(yīng)如圖2-3(a)所示，應(yīng)變片粘貼在被測試件上時，其敏感柵由n條長度為l1的直線段和端部n-1個半徑為r的半圓弧組成，則敏感柵對應(yīng)的金屬絲長為nl1+(n-1)r。 當(dāng)將敏感柵與等長度直線狀的金屬絲置于同樣的軸向應(yīng)變x下，并比較其電阻變化時，敏感柵中直線部分nl1與等長度直線狀金屬絲產(chǎn)生的電阻變化是一致的，但敏感柵的半圓弧段則受到從x到y(tǒng)(圖中y=-x)之間變化的應(yīng)變，有的拉伸，有的反而壓縮，其電阻的變化將小于沿軸向安放的同樣長度金屬絲電阻的變化。 圖 2-3 應(yīng)變片軸向受力及橫向效應(yīng) (a)應(yīng)變片軸向受力圖；(b) 應(yīng)變片的橫向效應(yīng)綜上所述，將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長

13、度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但由于應(yīng)變片敏感柵端部的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電阻變化減小，因而其靈敏度系數(shù)K較整長電阻絲的靈敏度系數(shù)k小，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。應(yīng)變片是利用敏感柵直線段的應(yīng)變電阻變化完成應(yīng)變測量的，轉(zhuǎn)彎段不僅降低了靈敏度，還帶來測量誤差。為了消除轉(zhuǎn)彎段的影響，減小橫向效應(yīng)，可使轉(zhuǎn)彎段“短路”或盡量使轉(zhuǎn)彎段本身的阻值降低，為此，一般多采用箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)彎段與直線段相比要寬大得多，如圖4-2(b)所示的結(jié)構(gòu)。2.2.3 應(yīng)變片的溫度誤差及補償 應(yīng)變片的溫度誤差電阻溫度系數(shù)引起的阻值變化當(dāng)金屬電阻絲的溫度變化時，其電阻也將改變。敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可表示為Rt=R0(1+0

14、t) (2-7) 式中：Rt是溫度為t時的電阻值； R0是溫度為t0時的電阻值；0是金屬絲的電阻溫度系數(shù)當(dāng)溫度變化t時，電阻的變化為R=Rt-R0=R00t (2-8)式中，t為溫度的變化值，t=t-t0。電阻絲和應(yīng)變試件線膨脹系數(shù)不同引起的阻值變化 當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。 設(shè)電阻絲和試件在溫度為0時的長度均為L0，它們的線膨脹系數(shù)分別為s和g，若兩者不粘貼，溫度變化后的長度分別為電阻絲： Ls=L0(1+st)試件：Lg=L0(1+gt)粘在一起時，電阻絲跟隨試件改變，附加應(yīng)變?yōu)?(2-9)附加的電阻變化是 (2

15、-10) 溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)引起的虛應(yīng)變由式(2-8)和式(2-10)，可得由于溫度變化而引起的應(yīng)變片電阻相對變化總量為 (2-11) (2-11)式中，為應(yīng)變片粘貼后的當(dāng)量電阻溫度系數(shù)，有=0+K(g-s) (2-12)對應(yīng)的虛應(yīng)變?yōu)?(2-13) 電阻應(yīng)變片的溫度補償 自補償法自補償法是利用自身具有溫度補償作用的應(yīng)變片(稱之為溫度自補償應(yīng)變片)來進(jìn)行補償?shù)?。由?2-12)可知，如果應(yīng)變片金屬絲的電阻溫度系數(shù)0滿足0=-K(g-s) (2-14)則溫度引起的虛金屬絲應(yīng)變?yōu)榱?，可實現(xiàn)自補償。由于應(yīng)變片金屬絲的電阻溫度系數(shù)0與應(yīng)變柵材料、退火溫度等有關(guān)，因此當(dāng)被測試件的線膨脹系數(shù)g已知時，如

16、果合理選擇敏感柵材料，控制相關(guān)工藝參數(shù)，即可使電阻溫度系數(shù)0滿足式(2-14)的條件。 線路補償法應(yīng)變片一般用電橋作為轉(zhuǎn)換電路，如圖2-4所示。該電路為單臂電橋，R1是應(yīng)變片，其余為同阻值的固定電阻。如果R2處接入一個與R1具有相同溫度虛應(yīng)變的電阻，則可起到溫度補償?shù)淖饔?。一般地，通過在不受力的試件上粘貼另一片應(yīng)變片接入R2位置而達(dá)到溫度補償?shù)哪康?。如果采用半橋、全橋轉(zhuǎn)換電路，電橋本身就能自補償。另外，將熱敏電阻接入電路，通過熱敏電阻隨溫度變化而引起的電阻變化調(diào)整供橋電壓，使之與溫度變化引起的輸出變化方向相反(可選擇正溫度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻)，也能起到補償作用 圖 2-4 單臂電橋轉(zhuǎn)換

17、電路2.3電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路2.3.1 直流電橋 電橋平衡條件和調(diào)零直流電橋轉(zhuǎn)換電路如圖2-5(a)所示。 當(dāng)RL=時，輸出電壓為(2-15)電橋達(dá)到平衡時，輸出電壓為零，令Uo=0，由式(2-15)得 (2-16)式(2-16)即為直流電橋的平衡條件。圖 2-5 直流電橋轉(zhuǎn)換電路和調(diào)零電路當(dāng)式(2-16)不滿足時，輸出電壓U0不為零，此時需要調(diào)零電路完成調(diào)零。圖2-5(b)是典型的直流電橋調(diào)零電路，調(diào)節(jié)電位器Rr可以補償R1、R2、R3、R4間的不平衡。 電橋的電壓靈敏度 單臂電橋的電壓靈敏度單臂電橋是將電阻應(yīng)變片接入電橋的一個橋臂，如圖2-4的R1位置，其余橋臂為固定電阻，則其輸出

18、電壓為 (2-17) 因為電橋初始狀態(tài)時是平衡的，有R2/R1=R4/R3，令n=R2/R1= R4/R3為橋比。由于R1/R1很小，則 (2-18) 定義直流電橋電路的靈敏度系數(shù)為 (2-19) 欲使電路的靈敏度最大，令 ，得(1+n)2-2n(1+n)=0 (2-20)即n=1。所以，選擇橋臂電阻阻值，使橋比為1，電路靈敏度達(dá)到最大。此時的輸出電壓為 (2-21) 電路的靈敏度系數(shù)為 (2-22) 從前面的推導(dǎo)得知，式(2-21)的輸出電壓是式(2-17)略去分母中R1/R1項得到的結(jié)果，簡化后的輸出電壓Uo與電阻相對變化R1/R1之間是線性的。如果不作簡化，實際輸出電壓為 (2-23)

19、令n=1，這一線性化引起的非線性誤差為 (2-24) 例如，測量過程中電阻的相對變化R1/R11，當(dāng)采用單臂電橋作為轉(zhuǎn)換電路時，由式(2-24)計算后，得到的非線性誤差為L=4.8%。它表明電阻的相對變化較大時，這種簡化帶來的非線性誤差將變得非常嚴(yán)重。 半橋、全橋的電壓靈敏度在試件上粘貼兩個工作應(yīng)變片，一個為受拉應(yīng)變片，一個為受壓應(yīng)變片，大小相等，方向相反，接入電橋相鄰橋臂，將構(gòu)成半橋電路，如圖2-6(a)所示；在試件上粘貼四個工作應(yīng)變片，兩個為受拉應(yīng)變片，兩個為受壓應(yīng)變片，分別接入對邊橋臂，構(gòu)成全橋電路，如圖2-6(b)所示。 圖2-6 差動電橋轉(zhuǎn)換電路對于圖2-6(a)所示的半橋電路，輸出

20、電壓為 (2-25)若R1=R2，R1=R2=R3=R4，則 （2-26）半橋電路的靈敏度系數(shù)為： (2-27) 對于圖4-6(b)所示的全橋電路，輸出電壓為 (2-28)全橋電路的靈敏度系數(shù)為KU=E (2-29)例 2-1 圖2-7(a)為傳感器上的圓形實芯彈性體，四個應(yīng)變片粘貼方向為R1、 R4軸向，R2、R3圓周向。應(yīng)變片的初始值R1=R2=R3=R4=100 ，靈敏度系數(shù)K=2，彈性體的泊松系數(shù)=0.285，當(dāng)彈性體受拉時，測得R1、 R4的變化為R1=R4=0.2 ，如將四個應(yīng)變片如圖2-7(b)所示接入直流電橋，當(dāng)電橋供壓U=2 V時，試求電橋的輸出Uo。圖 2-7 例4-1應(yīng)變

21、片的粘貼與接法解: 因為彈性體受拉時，R1、 R4受到拉伸，圓周向R2、 R3受壓縮，拉伸壓縮比取決于泊松比，所以需要先求得軸向的拉伸應(yīng)變，再計算圓周向的壓縮應(yīng)變。軸向應(yīng)變量為 圓周s向的應(yīng)變?yōu)?所以，與圓半徑的相對變化等比，由泊松比的定義有 由式(2-6)得到R3=R2=KR2=-0.057 寫出全橋的輸出電壓表達(dá)式，代入數(shù)據(jù)后得： 2.3.2 交流電橋當(dāng)電橋的供橋電壓為交流電壓時，電橋的轉(zhuǎn)換電路為交流電橋。與直流電橋比，交流電橋雙向供電，有利于消除零漂。所以，實用的電橋轉(zhuǎn)換電路多為交流電橋。 圖2-8 差動電橋 以半橋為例，圖2-8(a)所示為半橋交流電橋的接法， 為交流電壓源，由于供橋電

22、源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，即相當(dāng)于兩只應(yīng)變片上各并聯(lián)了一個電容，電容C1的阻抗是1/(jC1)，電容C2的阻抗是1/(jC2)，C1與R1并聯(lián)，C2與R2并聯(lián)，如圖2-8(b)所示。由并聯(lián)阻抗的計算公式知，每一橋臂上的復(fù)阻抗分別為 (2-30) Z3=R3 (2-31)Z4=R4 (2-32)與直流電橋一樣，交流電橋的平衡條件為Z1Z4=Z2Z3 (2-33) 即滿足 (2-34)交流電橋中，式(2-34)滿足時，輸出為零；不滿足時，輸出不為零，所以，交流電橋的調(diào)零需要同時調(diào)節(jié)R和C兩個參數(shù)。圖2-9所示是交流電橋的平衡調(diào)節(jié)電路，需要同時調(diào)節(jié)Rc和Rr，才可補償

23、電橋阻抗的不平衡。圖 2-9 交流電橋的調(diào)零對于圖2-8(a)所示的半橋交流電橋，設(shè)Z1和Z2是大小相同、變化方向相反的兩個阻抗，且有Z1=Z0+ZZ2=Z0-Z由于Z3=Z4=Z0，因此電橋輸出為 (2-35) 如果是全橋交流電橋，也可用類似的方法求得輸出，此時的電壓靈敏度比半橋交流電橋大一倍。 第3章 應(yīng)變傳感器的應(yīng)用 3.1 柱(筒)式力傳感器圖3-1 (a)、(b)分別為柱式拉、壓力傳感器，應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力分布均勻的中間部分，對稱地粘貼多片。貼片在圓柱面上的展開位置如圖3-1 (c)所示，縱向粘貼的應(yīng)變片用于測力，橫向粘貼的應(yīng)變片不受力，接入橋路用做溫度補償。應(yīng)變片在橋路中的

24、連接如圖3-1(d)所示，R1和R3串接，R2和R4串接，并置于橋路對臂上，這種叉開串接的方法有利于減小彎矩的影響，橫向貼片R5和R7串接，R6和R 8串接，接于另外兩個橋臂上。圖3-1 (d)構(gòu)成一個帶溫度補償?shù)陌霕颉D 3-1 柱(筒)式力傳感器3.2 膜片式壓力傳感器圖3-2(a)是用壓力傳感器測量容器內(nèi)液體重量的示意圖。該傳感器下端安裝感壓膜，感受液體的壓力。由傳壓桿傳導(dǎo)感壓膜的壓力，上端安裝微壓傳感器。當(dāng)容器中的溶液增多時，感壓膜感受的壓力就增大。微壓傳感器等效為一個感壓的電橋電路，如圖3-2(b)所示，此時輸出電壓為Uo=Khg (3-36)式中：K為傳感器傳輸系數(shù)； 為液體的密度

25、。圖 3-2 液位高度或液體重量傳感器由于hAg=Q表征感壓膜上面液體的重量，因此 (3-37)式中：Q為容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量； A為柱形容器的截面積。式(3-37)表明，電橋輸出電壓與柱式容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量成線性關(guān)系，因此用此種方法可以測量容器內(nèi)儲存的溶液重量。第4章 差動放大電路目前的電子稱重裝置大都使用電阻應(yīng)變橋式傳感器,其核心是由電阻應(yīng)變計(應(yīng)變片)構(gòu)成的電橋電路,這類傳感器具有成本低、精度高且溫度穩(wěn)定性好的特點。但其檢測原理決定該類傳感器輸出電壓低,要經(jīng)過差分放大電路放大數(shù)百倍才能用于A/D轉(zhuǎn)換。一般說來，傳感器輸出的電壓值都非常小，基本上都是毫伏級甚至微伏級。在設(shè)計高

26、精度電子秤時，需要外部放大電路來獲得足夠的增益。4.1儀表儀器放大器的選擇儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動放大器。它只需高精度OP07和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制、儀器儀表、電氣測量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。OP07參數(shù)： 低的輸入噪聲電壓幅度0.35 VP-P (0.1Hz 10Hz) 極低的輸入失調(diào)電壓10 V 極低的輸入失調(diào)電壓溫漂0.2 V/ 具有長期的穩(wěn)定性0.2 V/MO 低的輸入偏置電流± 1nA 高的共模抑制比126dB 寬的共模輸入電壓范圍±14V 寬的電源電壓范圍

27、7; 3V ± 22VOP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。 芯片封裝如下圖：+8 Offset Null25 N.C.6 Output7 Vcc+Vcc- 4Inverting Input 2Non-inverting Inpute 3Offset Null 1 OP07芯片引腳功能說明：1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入

28、端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+ 。4.2 差動放大電路圖：本設(shè)計中差動放大電路結(jié)構(gòu)圖如下：RP3所用芯片：   LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。    4.3 A/D轉(zhuǎn)換在實際的測量和控制系統(tǒng)中檢測到的常是時間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量，這種連續(xù)變化的物理量稱之為模擬量，與此對應(yīng)的電信號是模擬電信號。模擬量要輸入到單片機中進(jìn)行處理

29、，首先要經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機才能接收、處理。實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的部件稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和電子計算機技術(shù)在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為滿足各種不同的檢測及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換電路不斷產(chǎn)生。4.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇常用的幾種A/D類型：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。本項目選用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。它是由積分器，比較器，邏輯控制電路，閘門電路，計數(shù)器及時鐘脈沖源等電路組成。其原理圖：4.5 電壓表部分電路圖應(yīng)用RP3R1R2R3R4R5R6RP1E12345678LM3985

30、.1K30K30KRP21M注意要點：辨認(rèn)引腳芯片的第一腳，是正放芯片各個節(jié)點以及電源的電壓芯片引腳的元件數(shù)值比例讀數(shù)第5章 用電阻片構(gòu)成的電子秤工作原理數(shù)顯電子秤電路原理如圖所示，其主要部分為電阻應(yīng)變式傳感器R1及IC2、IC3組成的測量放大電路，和IC1及外圍元件組成的數(shù)顯面板表。傳感器R1采用E350ZAA箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350O。測量電路將R1產(chǎn)生的電阻應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。IC3將經(jīng)轉(zhuǎn)換后的弱電壓信號進(jìn)行放大，作為AD轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入。IC4提供l22V基準(zhǔn)電壓，它同時經(jīng)R5、R6及RP2分壓后作為A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。3-1/2位A/D，轉(zhuǎn)換器ICL7126的

31、參考電壓輸人正端，由RP2中間觸頭引入，負(fù)端則由RP3的中間觸頭引入。兩端參考電壓可對傳感器非線性誤差進(jìn)行適量補償。元件選擇IC1選用ICL7126集成塊；IC2、IC3選用高精度低溫標(biāo)精密運放OP-07; IC4選用LM38512V集成塊。傳感器RI選用E350ZAA箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350O。各電阻元件宜選用精密金屬膜電阻。RPI選用精密多圈電位器，RP2、RP3經(jīng)調(diào)試后可分別用精密金屬膜電阻代替。電容中C1選用云母電容或瓷介電容。 總 結(jié)在電子技術(shù)的課程設(shè)計中，我花了大量的時間和精力進(jìn)行資料查閱和方案論證，結(jié)合自己所學(xué)，認(rèn)真解決每一個功能模塊中遇到的問題在設(shè)計完各個功能模塊之后

32、，我用Protel 99 SE繪圖軟件進(jìn)行了各個模塊的繪制，并最終繪制成一個總的電路原理圖。另外，我還用仿真軟件Proteus 6 Professional 進(jìn)行某些功能模塊的仿真，收到了很好的效果。但由于缺乏實踐經(jīng)驗，電路中還有些功能不夠完善，有寫參數(shù)不夠精確，而且抗干擾能力也不夠好。本次畢業(yè)設(shè)計除了讓在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)上有所加深外，對于我們另外的心理修養(yǎng)也進(jìn)行了一次打磨，比如在最后的論文格式排版方面，需要我們不斷地去學(xué)習(xí)借鑒我們的一些“非專業(yè)”知識，以前總是認(rèn)為我們的辦公學(xué)得很好了，真正在畢業(yè)設(shè)計時所出現(xiàn)的問題很多很多，需要我們?nèi)ザ虝r間的馬上學(xué)會去解決，這告訴了我們隨時隨地都要去學(xué)習(xí)，并且隨

33、時隨地都需要有一個好的態(tài)度，這樣我們才能不斷地前進(jìn)。參考文獻(xiàn)【1】電子線路CAD實用教程 潘永雄 沙河 ，西安電子科技大學(xué)出版，【2】傳感器應(yīng)用電路300例，孫余凱 吳銘山 項綺明，電子工業(yè)出版【3】傳感器與檢測技術(shù)，周樂挺 高等教育出版?zhèn)鞲衅鲬?yīng)用技術(shù) 王煜東【4】傳感器原理及工程應(yīng)用（第三版） 郁有文【5】檢測與控制技術(shù) 李貴山（直冷式電冰箱的溫度測控）【6】測試技術(shù)與傳感器 羅志增（基于光電原理測量的實例）,（基于單片機的硬件特征參數(shù)檢測系統(tǒng)第 23頁-重慶信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）選題審批單 院系 專業(yè) 年級 班級 學(xué)生姓名朱婧學(xué) 號0850090209選題用電阻應(yīng)變片構(gòu)成的電子秤

34、的設(shè)計選題性質(zhì)設(shè)計 論文選題論證：指導(dǎo)教師初審意見：簽 名：年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見：簽 名：年 月 日重慶信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告及進(jìn)度要求院系 電子工程學(xué)院 專業(yè) 電子信息工程工程年級 08電子班級 2班學(xué)生姓名朱婧學(xué) 號0850090209指導(dǎo)教師李書安選題性質(zhì)設(shè)計 論文選題用電阻應(yīng)變片構(gòu)成的電子秤的設(shè)計選題的目的和意義： 電子秤具有稱重精確度高，簡單實用，攜帶方便成成本低，制作簡單，測量準(zhǔn)確，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點。是家庭購物使用的首選。其電路構(gòu)成主要有測量電路，差動放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，顯示電路。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測量裝置。而差動放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯