基于電阻應(yīng)變片的電子稱的設(shè)計(jì)a__副本 副本

1、 傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課題名稱： 基于電阻應(yīng)變片的數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 11 電氣（1）班 學(xué)生姓名： 羅樹(shù)希 學(xué) 號(hào)： 110701125 指導(dǎo)教師 : 王定庚 2014 年 6 月 摘 要 電阻應(yīng)變式傳感器具有測(cè)量范圍廣、精度高、誤差小和線性特性好等優(yōu)點(diǎn)，且能在惡劣的環(huán)境下工作，在力、壓力和重量測(cè)試中有非常廣泛的應(yīng)用，力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。所以電阻應(yīng)變式力傳感器制作的數(shù)顯電子稱具有準(zhǔn)確度高易于制作，簡(jiǎn)單實(shí)用、成本低廉、體積小巧、攜帶方便等特點(diǎn)。 本文從數(shù)顯電子稱的要求分析入手，將整個(gè)系統(tǒng)分成四個(gè)部分，分析和討論了各個(gè)部

2、分的電路原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號(hào)的傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個(gè)部分在不同工況的工作狀態(tài)。數(shù)顯電子稱根據(jù)彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性形變，使粘貼在它表明面的電阻應(yīng)變片也隨之產(chǎn)生形變，它的阻值將發(fā)生變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻轉(zhuǎn)換為信號(hào)，將信號(hào)通過(guò)數(shù)碼顯示器顯示出來(lái)，從而完成了講外力變換成為電信號(hào)的過(guò)程。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 錄目 錄1前 言2緒 論3第一章 測(cè)量電路4 應(yīng)變式傳感器的工作原理41.2 電阻應(yīng)變片的特性5 電阻應(yīng)變片5 橫向效應(yīng)5 應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償6電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路7 直流電橋71.3.2

3、交流電橋9第二章 差動(dòng)放大電路11 儀表儀器放大器的選擇113.2 差動(dòng)放大電路圖123.3 A/D轉(zhuǎn)換123.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇133.5 電壓表部分電路圖應(yīng)用13第三章 LED顯示電路15參考文獻(xiàn)18 前 言 電子秤采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一體化的電子稱量裝置，才能滿足并解決現(xiàn)實(shí)生活中提出的“快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動(dòng)”稱量要求，同時(shí)有效地消除人為誤差，使之更符合法制計(jì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的應(yīng)用要求。 本文簡(jiǎn)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(cè)量電路，差動(dòng)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

4、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(cè)量裝置。而差動(dòng)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測(cè)量結(jié)果。 緒 論電子秤具有稱重精確度高，簡(jiǎn)單實(shí)用，攜帶方便成成本低，制作簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，分辨率高，不易損壞和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。是家庭購(gòu)物使用的首選其電路構(gòu)成主要有測(cè)量電路，差動(dòng)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，顯示電路。其中測(cè)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

5、于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置。而差動(dòng)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測(cè)量結(jié)果。利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出物質(zhì)的重量信號(hào)，以模擬信號(hào)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(dòng)放大器電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。具體方案如下：電阻應(yīng)變片式傳感器輸出信號(hào)

6、差動(dòng)放大電路放大信號(hào)顯示電路（LED）A/D轉(zhuǎn)換電路 第一章 電阻應(yīng)變片傳感器電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路而最后顯示或記錄被測(cè)量值的變化。在這里，我們用電阻應(yīng)變式傳感器作為測(cè)量電路的核心。并應(yīng)根據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度。一、實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迦鐖D2所示： 實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示：電纜傳感器秤盤(pán)底座圖3二、實(shí)驗(yàn)提示1壓力傳感器 金屬導(dǎo)體的電阻隨其所受機(jī)械形變（伸長(zhǎng)或縮短）的大小而發(fā)生變化，其原因是導(dǎo)體的電阻與材料的電阻率以及它的幾何尺寸（長(zhǎng)度和截面）有關(guān)。由于導(dǎo)體在承受機(jī)械形變過(guò)程中，其電阻率、長(zhǎng)度和截面積都要發(fā)生變化，從而

7、導(dǎo)致其電阻發(fā)生變化，因此電阻應(yīng)變片能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。電阻應(yīng)變片一般由敏感柵、基底、粘合劑、引線、蓋片等組成。應(yīng)變片的規(guī)格一般以使用面積和電阻值來(lái)表示，如“3×10mm2，350”。敏感柵由直徑約-高電阻系數(shù)的細(xì)絲彎曲成柵狀，它實(shí)際上是一個(gè)電阻元件，是電阻應(yīng)變片感受構(gòu)件應(yīng)變的敏感部分。敏感柵用粘合劑將其固定在基片上。基底應(yīng)保證將構(gòu)件上的應(yīng)變準(zhǔn)確地傳送到敏感柵上去，故基底必須做得很?。ㄒ话銥?），使它能與試件及敏感柵牢固地粘結(jié)在一起；另外，它還應(yīng)有良好的絕緣性、抗潮性和耐熱性。基底材料有紙、膠膜和玻璃纖維布等。引出線的作用是將敏感柵電阻元件與測(cè)量電路相連接，一般由

8、-低阻鍍錫銅絲制成，并與敏感柵兩端輸出端相焊接，蓋片起保護(hù)作用。在測(cè)試時(shí)，將應(yīng)變片用粘合劑牢固地粘貼在被測(cè)試件的表面上，隨著試件受力變形，應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的形變，從而使電阻隨之發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量電阻值的變化可反映出外力作用的大小。壓力傳感器是將四片電阻分別粘貼在彈性平行梁的上下兩表面適當(dāng)?shù)奈恢茫旱囊欢斯潭?，另一端自由用于加載荷外力F如圖4所示。彈性梁受載荷作用而彎曲，梁的上表面受拉，電阻片R1和R3亦受拉伸作用電阻增大；梁的下表面受壓，R2和R4電阻減小。這樣，外力的作用通過(guò)梁的形變而使四個(gè)電阻值發(fā)生變化，這就是壓力傳感器。應(yīng)變片R1R2R3R4。由應(yīng)變片組成的全橋測(cè)量電路，當(dāng)應(yīng)變片

9、受到壓力作用時(shí)，引起彈性體的形變，使得粘貼在彈性體上的電阻應(yīng)受片R1-R4的阻值發(fā)生變化，電橋?qū)a(chǎn)生輸出，其輸出電壓正比于所受到的壓力。引出線R1R3R4應(yīng)變片應(yīng)變片圖42壓力傳感器的壓力特性應(yīng)變片可以把應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。為了顯示和記錄應(yīng)變的大小，還需把電阻的變化再轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化。最常用的測(cè)量電路為電橋電路。為了消除電橋電路的非線性誤差，通常采用非平衡電橋進(jìn)行測(cè)量。 3用標(biāo)準(zhǔn)砝碼測(cè)量應(yīng)變式傳感器的壓力特性，計(jì)算其靈敏度。 電阻應(yīng)變片的特性1.2.1 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

10、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。金屬應(yīng)變片對(duì)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(jī)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(cè)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(cè)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(cè)件的應(yīng)變傳遞到敏感柵上。選擇粘結(jié)劑時(shí)必須考慮應(yīng)變片和被測(cè)件的材料性能，要求粘接力強(qiáng)，粘結(jié)后機(jī)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

11、類型有硝化纖維素型、氰基丙稀酸型、聚酯樹(shù)脂型、環(huán)氧樹(shù)脂型和酚醛樹(shù)脂型等。傳統(tǒng)的絲式金屬應(yīng)變片已經(jīng)很少見(jiàn)，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(guò)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(hào)也大，靈敏度就高。但工作電流過(guò)大會(huì)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?cè)黾樱踔翢龤?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(lái)決定。通常直流靜態(tài)

12、測(cè)量時(shí)取25mA左右，交流或間隙測(cè)量時(shí)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(shí)，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(duì)變化R/R。實(shí)驗(yàn)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(cè)試件上的應(yīng)變片在其軸向受到單向應(yīng)力時(shí)，引起的電阻相對(duì)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(zhǎng)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

13、。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在傳感器的自由端上放一只砝碼（20g），記下此時(shí)的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個(gè)數(shù)值，并將這些數(shù)值填入下表。重量(g)020406080 電壓(mv)1214672100重量(g)100120140160180 電壓(mv)126154183211239重量(g)200Max一一一 電壓(mv)2691676一一一注意事項(xiàng)：(1)在更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電源關(guān)閉。(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過(guò)載，應(yīng)將電壓量程擴(kuò)大。(3)在本實(shí)驗(yàn)中只能將放大器接成差動(dòng)形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。(4)直流穩(wěn)壓電源±4V不能打的過(guò)大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。(5)接全橋時(shí)

14、請(qǐng)注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。 應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)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(shí)，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+0t) (1-6) 式中：Rt是溫度為t時(shí)的電阻值； R0是溫度為t0時(shí)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(shí)，電阻的變化為R=Rt-R0=R00t (1-7)式中，t為溫度的變化值，t=t-t0。電阻絲和應(yīng)變?cè)嚰€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(shí)，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會(huì)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(shí)的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)0，

15、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(zhǎng)度分別為電阻絲： Ls=L0(1+st)試件：Lg=L0(1+gt)粘在一起時(shí)，電阻絲跟隨試件改變，附加應(yīng)變?yōu)?(1-8)附加的電阻變化是 (1-9) 溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)引起的虛應(yīng)變片由式(1-7)和式(1-9)，可得由于溫度變化而引起的應(yīng)變片電阻相對(duì)變化總量為 (1-10) (1-10)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) (1-11)對(duì)應(yīng)的虛應(yīng)變?yōu)?(1-12) 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償 自補(bǔ)償法自補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片(稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。由?1-11)可知，如果應(yīng)變片金

16、屬絲的電阻溫度系數(shù)0滿足0=-K(g-s) (1-13)則溫度引起的虛金屬絲應(yīng)變?yōu)榱悖蓪?shí)現(xiàn)自補(bǔ)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(cè)試件的線膨脹系數(shù)g已知時(shí)，如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(1-13)的條件。 線路補(bǔ)償法應(yīng)變片一般用電橋作為轉(zhuǎn)換電路，如圖1-4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(gè)與R1具有相同溫度虛應(yīng)變的電阻，則可起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。一般地，通過(guò)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(bǔ)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(bǔ)償。

17、另外，將熱敏電阻接入電路，通過(guò)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(bǔ)償作用 圖1-4 單臂電橋轉(zhuǎn)換電路電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路1.3.1 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1-5(a)所示。 當(dāng)RL=時(shí)，輸出電壓為(1-14)電橋達(dá)到平衡時(shí)，輸出電壓為零，令Uo=0，由式(1-14)得 (1-15)式(1-15)即為直流電橋的平衡條件。圖1-5 直流電橋轉(zhuǎn)換電路和調(diào)零電路當(dāng)式(1-15)不滿足時(shí)，輸出電壓U0不為零，此時(shí)需要調(diào)零電路完成調(diào)零。圖1-5(b)是典型的直流電橋調(diào)零電路

18、，調(diào)節(jié)電位器Rr可以補(bǔ)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(gè)橋臂，如圖1-4的R1位置，其余橋臂為固定電阻，則其輸出電壓為 (1-16) 因?yàn)殡姌虺跏紶顟B(tài)時(shí)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 (1-17) 定義直流電橋電路的靈敏度系數(shù)為 (1-18) 欲使電路的靈敏度最大，令 ，得(1+n)2-2n(1+n)=0 (1-19)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(shí)的輸出電壓為 (1-20) 電路的靈敏度系數(shù)為 (1-21) 從前

19、面的推導(dǎo)得知，式(1-20)的輸出電壓是式(1-16)略去分母中R1/R1項(xiàng)得到的結(jié)果，簡(jiǎn)化后的輸出電壓Uo與電阻相對(duì)變化R1/R1之間是線性的。如果不作簡(jiǎn)化，實(shí)際輸出電壓為 (1-22) 令n=1，這一線性化引起的非線性誤差為 (1-23) 例如，測(cè)量過(guò)程中電阻的相對(duì)變化R1/R11，當(dāng)采用單臂電橋作為轉(zhuǎn)換電路時(shí)，由式(1-23)計(jì)算后，得到的非線性誤差為L(zhǎng)=4.8%。它表明電阻的相對(duì)變化較大時(shí)，這種簡(jiǎn)化帶來(lái)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(gè)工作應(yīng)變片，一個(gè)為受拉應(yīng)變片，一個(gè)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1-6(a)

20、所示；在試件上粘貼四個(gè)工作應(yīng)變片，兩個(gè)為受拉應(yīng)變片，兩個(gè)為受壓應(yīng)變片，分別接入對(duì)邊橋臂，構(gòu)成全橋電路，如圖1-6(b)所示。 圖1-6 差動(dòng)電橋轉(zhuǎn)換電路對(duì)于圖1-6(a)所示的半橋電路，輸出電壓為 (1-24)若R1=R2，R1=R2=R3=R4，則 （1-25）半橋電路的靈敏度系數(shù)為： (1-26) 對(duì)于圖1-6(b)所示的全橋電路，輸出電壓為 (1-27)全橋電路的靈敏度系數(shù)為KU=E (1-28)1.3.2 交流電橋當(dāng)電橋的供橋電壓為交流電壓時(shí)，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(shí)用的電橋轉(zhuǎn)換電路多為交流電橋。 圖1-7 差動(dòng)電橋以半橋?yàn)槔?/p>

21、圖1-7(a)所示為半橋交流電橋的接法， 為交流電壓源，由于供橋電源為交流電源，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(gè)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1-7(b)所示。由并聯(lián)阻抗的計(jì)算公式知，每一橋臂上的復(fù)阻抗分別為 (1-29) Z3=R3 (1-30)Z4=R4 (1-31)與直流電橋一樣，交流電橋的平衡條件為Z1Z4=Z2Z3 (1-32) 即滿足 (1-33)交流電橋中，式(1-33)滿足時(shí)，輸出為零；不滿足時(shí)，輸出不為零，所以，交流電橋的調(diào)零需要同時(shí)調(diào)節(jié)R和C兩個(gè)參數(shù)。圖1

22、-8所示是交流電橋的平衡調(diào)節(jié)電路，需要同時(shí)調(diào)節(jié)Rc和Rr，才可補(bǔ)償電橋阻抗的不平衡。圖1-8 交流電橋的調(diào)零對(duì)于圖1-7(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(gè)阻抗，且有Z1=Z0+ZZ2=Z0-Z由于Z3=Z4=Z0，因此電橋輸出為 (1-34) 如果是全橋交流電橋，也可用類似的方法求得輸出，此時(shí)的電壓靈敏度比半橋交流電橋大一倍。第二章 差動(dòng)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(jì)(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(diǎn)。但其檢測(cè)原理決定該類傳感器輸出電壓低,要經(jīng)過(guò)差分放大電路放大數(shù)百倍才能用于A

23、/D轉(zhuǎn)換。一般說(shuō)來(lái)，傳感器輸出的電壓值都非常小，基本上都是毫伏級(jí)甚至微伏級(jí)。在設(shè)計(jì)高精度電子秤時(shí)，需要外部放大電路來(lái)獲得足夠的增益。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(dòng)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(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)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(zhǎng)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

24、比126dB 寬的共模輸入電壓范圍±14V 寬的電源電壓范圍± 3V ± 22VOP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)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(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低和開(kāi)環(huán)增益高的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。OP07芯片引腳功能說(shuō)明：1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+ 。3.2 差動(dòng)放大電路圖：本設(shè)計(jì)中差動(dòng)放大電路結(jié)構(gòu)圖如下：圖2-1所用

25、芯片：   LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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(yùn)算放大器的場(chǎng)合。     A/D轉(zhuǎn)換 在實(shí)際的測(cè)量和控制系統(tǒng)中檢測(cè)到的常是時(shí)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(duì)應(yīng)的電信號(hào)是模擬電信號(hào)。模擬量要輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，首先要經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)才能接收、處理。實(shí)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)

26、展和電子計(jì)算機(jī)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(cè)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。3.4 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(xiàng)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(mén)電路，計(jì)數(shù)器及時(shí)鐘脈沖源等電路組成。其原理圖：圖 2-2 電壓表部分電路圖應(yīng)用圖2-3注意要點(diǎn)：辨認(rèn)引腳芯片的第一腳，是正放芯片各個(gè)節(jié)點(diǎn)以及電源的電壓芯片引腳的元件數(shù)值比例讀數(shù)第三章 LED顯示電路工作原理：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

27、IC2、IC3組成的測(cè)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(cè)量電路將R1產(chǎn)生的電阻應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。IC3將經(jīng)轉(zhuǎn)換后的弱電壓信號(hào)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(shí)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(duì)傳感器非線性誤差進(jìn)行適量補(bǔ)償。 圖3-1 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(yùn)放OP-07

28、; 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。 結(jié)束語(yǔ)在傳感器課程設(shè)計(jì)中，我花了大量的時(shí)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(gè)功能模塊中遇到的問(wèn)題本次課程設(shè)計(jì)除了讓在專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)上有所加深外，對(duì)于我們另外的心理修養(yǎng)也進(jìn)行了一次打磨，比如在最后的設(shè)計(jì)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(shí)，在課程設(shè)計(jì)時(shí)所出現(xiàn)的問(wèn)題很多很多，需要我們?nèi)ザ虝r(shí)間的馬上學(xué)會(huì)

29、去解決，這告訴了我們隨時(shí)隨地都要去學(xué)習(xí)，并且隨時(shí)隨地都需要有一個(gè)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(shí)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(xiàng)綺明，電子工業(yè)出版【3】 傳感器與檢測(cè)技術(shù)，周樂(lè)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(cè)與控制技術(shù) 李貴山（直冷式電冰箱的溫度測(cè)控）【6】 測(cè)試技術(shù)與傳感器 羅志增（基于光電原理測(cè)量的實(shí)例）,(基于單片機(jī)的硬件特征參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng))【7】 80X86/Pentium微型機(jī)算計(jì)原理及應(yīng)用.吳寧.電子工業(yè)出版社，2000：1

30、50-230【8】 MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).張毅剛，彭喜元.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997：333-【9】 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）康華光華南理工大學(xué)電子學(xué)教研室 【10】 智能儀器原理及應(yīng)用.趙茂泰.電子工業(yè)出版社，1999：233-250【11】 On the use of nickel foil strain gages at varying temperatures作者.M. Seika, M. Sugiura , M. Tsuboi文獻(xiàn)來(lái)源： J.Experimental Mechanics, 1996, Vol.36 (2)Springer【12】 Electr

31、onic balance calibrates pipettes.作者.T Dryden.文獻(xiàn)來(lái)源：J.Medical electronics, 1983, Vol.14 附 錄* 壓力測(cè)試儀系統(tǒng)描述;輸入 15-115kPA壓力信號(hào) 輸出 00h-ffh數(shù)字信號(hào)（adc0832） 在LCD上顯示實(shí)際的壓力值，如果超限則報(bào)警線性區(qū)間標(biāo)度變換公式： y=(115-15)/(243-13)*X+15kpa */#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include <absacc.h>#include <math.h>

32、;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define BUSY 0x80 /常量定義#define DATAPORT P0/ADC0832的引腳sbit ADCS =P35; /ADC0832 chip seclectsbit ADDI =P37; /ADC0832 k insbit ADDO =P37; /ADC0832 k outsbit ADCLK =P36; /ADC0832 clock signalsbit LCM_RS=P20;sbit LCM_RW=P21;sbit LCM_EN=P22;uchar ad_dat

33、a; /采樣值存儲(chǔ)sbit Alarm_led_red =P31; /超過(guò)壓力表量程最大值紅色led報(bào)警定義sbit Alarm_led_green=P32; /低于壓力表量程最小值綠色led報(bào)警定義 /adc采樣值存儲(chǔ)單元char press_data; /標(biāo)度變換存儲(chǔ)單元unsigned char ad_alarm; /報(bào)警值存儲(chǔ)單元unsigned char press_ge=0; /顯示值百位unsigned char press_shifen=0; /顯示值十位unsigned char press_baifen=0; /顯示值個(gè)位unsigned char press_qianfe

34、n=0; /顯示值十分位uchar code str0="Weight: . Kg "uchar code str1="Make by GUO TAO "uchar code str2="Price: "uchar code str3="Total: "void delay(uint);void lcd_wait(void);void delay_LCM(uint); /LCD延時(shí)子程序void initLCM( void); /LCD初始化子程序void lcd_wait(void); /LCD檢測(cè)忙子程序voi

35、d WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC); /寫(xiě)指令到ICM子函數(shù)void WriteDataLCM(uchar WDLCM); /寫(xiě)數(shù)據(jù)到LCM子函數(shù)void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData); /顯示指定坐標(biāo)的一個(gè)字符子函數(shù)void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar code *DData); /顯示指定坐標(biāo)的一串字符子函數(shù) void keyscan(); void display(void); /系統(tǒng)顯示子函數(shù)uchar Adc0832(unsign

36、ed char channel);void alarm(void);void data_pro(void);/*main funcation*/void main(void) delay(500); /系統(tǒng)延時(shí)500ms啟動(dòng)/ad_data=0; /采樣值存儲(chǔ)單元初始化為0 initLCM( ); WriteCommandLCM(0x01,1); /清顯示屏 DisplayListChar(0,0,str0); DisplayListChar(0,1,str2); while(1) ad_data =Adc0832(0); /采樣值存儲(chǔ)單元初始化為0 alarm();data_pro();di

37、splay(); /*延時(shí)K*1ms,12.000mhz*/void delay(uint k) uint i,j; for(i=0;i<k;i+) for(j=0;j<60;j+) ; /*寫(xiě)指令到ICM子函數(shù)*/void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC) if(BusyC)lcd_wait();DATAPORT=WCLCM; LCM_RS=0; / 選中指令寄存器 LCM_RW=0; / 寫(xiě)模式 LCM_EN=1; _nop_(); _nop_();_nop_(); LCM_EN=0; /*寫(xiě)數(shù)據(jù)到LCM子函數(shù)*/void Wri

38、teDataLCM(uchar WDLCM) lcd_wait( ); /檢測(cè)忙信號(hào) DATAPORT=WDLCM; LCM_RS=1; / 選中數(shù)據(jù)寄存器 LCM_RW=0; / 寫(xiě)模式 LCM_EN=1; _nop_();_nop_();_nop_(); LCM_EN=0;/*lcm內(nèi)部等待函數(shù)*/void lcd_wait(void) DATAPORT=0xff; /讀LCD前若單片機(jī)輸出低電平,而讀出LCD為高電平,則沖突,Proteus仿真會(huì)有顯示邏輯黃色LCM_EN=1; LCM_RS=0; LCM_RW=1; _nop_(); _nop_();_nop_(); while(DAT

39、APORT&BUSY) LCM_EN=0; _nop_(); _nop_(); LCM_EN=1; _nop_(); _nop_(); LCM_EN=0;/*LCM初始化子函數(shù)*/void initLCM( ) DATAPORT=0;delay(15);WriteCommandLCM(0x38,0); /三次顯示模式設(shè)置，不檢測(cè)忙信號(hào) delay(5); WriteCommandLCM(0x38,0); delay(5); WriteCommandLCM(0x38,0); delay(5); WriteCommandLCM(0x38,1); /8bit數(shù)據(jù)傳送，2行顯示，5*7字型，檢

40、測(cè)忙信號(hào) WriteCommandLCM(0x08,1); /關(guān)閉顯示，檢測(cè)忙信號(hào) WriteCommandLCM(0x01,1); /清屏，檢測(cè)忙信號(hào) WriteCommandLCM(0x06,1); /顯示光標(biāo)右移設(shè)置，檢測(cè)忙信號(hào) WriteCommandLCM(0x0c,1); /顯示屏打開(kāi)，光標(biāo)不顯示，不閃爍，檢測(cè)忙信號(hào)/*顯示指定坐標(biāo)的一個(gè)字符子函數(shù)*/void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData) Y&=0x01; X&=0x0f; if(Y)X|=0x40; /若y為1（顯示第二行），地址碼+0X40 X|=0x8

41、0; /指令碼為地址碼+0X80 WriteCommandLCM(X,1); WriteDataLCM(DData);/*顯示指定坐標(biāo)的一串字符子函數(shù)*/ void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar code *DData) uchar ListLength=0; Y&=0x01; X&=0x0f; while(X<16) DisplayOneChar(X,Y,DDataListLength); ListLength+; X+; /*系統(tǒng)顯示子函數(shù)*/void display(void) WriteCommandLCM(0x0c,1); /顯示屏打開(kāi)，光標(biāo)不顯示，不閃爍，檢測(cè)忙信號(hào)DisplayListChar(0,0,str0);DisplayListChar(0,1,str2);DisplayOneChar(8,0,press_ge+0x30);DisplayOneChar(10,0,press_shifen+0x30);DisplayOneChar(11,0,press_baifen+0x30); DisplayOneChar(12,0,press_qia