測控技術與儀器課程設計精密四應變片稱重傳感器信號調理電路設計

1、濟南大學課 程 設 計 說 明 書題目： 精密四應變片稱重傳感器信號調理電路設計 學院（系）： 自動化學院 年級專業(yè)： 測控技術與儀器 學 號： 學生姓名： 指導教師： 目錄第1章 摘要1第2章 引言2 第3章 基本原理3第4章 參數設計及運算5 4.1 結構設計5 4.2 電容設計與計算8 4.3 其他參數的計算 10 4.4 測量電路的設計 12第5章 誤差分析 14第6章 結論 16心得體會 17參考文獻 18第1章 摘要在分析重力傳感器信號特性的基礎上，模塊化地設計了稱重傳感器信號的調理電路并對其進行了仿真實驗。結果表明：電路能實時、準確地處理信號，且工作穩(wěn)定，可靠，重復性好，抗干擾能

2、力強，可實現精密測量的目的。第2章 引言隨著現代數據采集系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對高精度信號調理技術的要求也越來越高。由于傳感器輸出的信號往往存在溫漂、信號比較小及非線性等問題，因此它的信號通常不能被控制元件直接接收，這樣一來，信號調理電路就成為數據采集系統(tǒng)中不可缺少的一部分，并且其電路設計的優(yōu)化程度直接關系到數據采集系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。在稱重傳感器信號檢測中，檢測精度受到諸多因素的影響，其中電橋激勵電壓源的精度和穩(wěn)定度是影響信號精確度的重要因素之一。電橋輸出與激勵電壓成正比，因此，激勵電壓出現任何漂移都將導致電橋輸出出現相應的漂移。并且現場工作環(huán)境惡劣，可能存在粉塵、振動、噪聲以及電磁干擾等，稱重傳

3、感器輸出的幾百微伏至幾十毫伏信號極易受到干擾。所以研究抗干擾能力強、實時性好的信號變送和傳輸技術對保證檢測精度具有重要意義。第3章 電路結構設計 3.1 信號處理電路的要求分析測量電阻有兩種簡單的方法：一種是在電阻上通過恒定電流，并測量電阻兩端的電壓，這需要精密電流源和精密電壓表。電流的任何變化都將視為電阻的變化。此外，阻性傳感器的功耗盡可能的小，以確保自身散熱不造成誤差。另一種是利用電阻電橋測量微小電阻變化，電橋由連成四邊形的四個電阻組成，其中一個對角接激勵電壓源，而另一個對角接電壓檢測器，檢測器將測量兩個分壓電阻中點間的電壓。這種電橋電路在實際中可以根據輸出電壓直接觀測出電阻差。第一種方法

4、要求驅動電流必須小，但是這又限制了該方法的測量精度。根據設計要求精密四應變片稱重傳感器應采用流行的電壓驅動型電橋,既第二種方法,這樣就確保了檢測信號的精確度和線性度。 3.2信號處理電路的結構設計 綜合了稱重傳感器信號特性及仿真實驗，按第二種方法設計了調理電路，其結構如圖 1 所示。其中稱重傳感器采用傳感器，提高檢測精度和使加卸載曲線對稱；調理電路采用5v參考電壓芯片ad588，使輸出為符合設計要求的電壓輸出，精密齊納二極管型參考源ad588對溫度變化具有極低的激勵漂移和增益。調理模塊采用精確度高、使用簡易、噪聲低的儀用放大器ad620.保證了信號調理器的精確度和穩(wěn)定度。圖1 信號調理模塊結構

5、圖3.2.1傳感模塊全器件變化電橋通常采用分立設計,并組裝在一個模塊內.當對這類電橋進行調理時,必須采用特殊的技術以確保精度.特別需要注意的是必須確保電橋激勵電壓源的精度和穩(wěn)定度.電橋輸出與激勵電壓成正比,因此激勵電壓出現任何漂移都將導致電橋輸出出現相應的漂移.因此,我們設計的精密四應變片稱重傳感器的電橋具有六個引腳:兩個與電橋輸出端相連,兩個與電橋激勵源相連,還有兩個是傳感器引腳.為了充分利用傳感器單元額外引腳帶來的精度補償,設計出了開爾文(或稱4線)傳感電路.它采用六線電壓驅動型連接和精密運放,將導線電阻引起的誤差降至最低,其結構如圖2.所示.圖2 開爾文傳感器系統(tǒng)該電路中激勵電壓vb并未

6、驅動電橋,而是先與上精密運放的輸入端相連,該運放在電橋的(+)輸入端構成反饋回路.盡管在+force引腳處會受遠程電纜電阻的影響而出現明顯壓降,但是通過運放+sense引腳的反饋回路將自動校正.該反饋網絡的功能是保持遠程電橋上節(jié)點電壓為精確的vb.下精密運放驅動電橋的(-)輸入端于此類似.同樣的,-force引腳處的壓降將被來自-sense引腳的反饋校正.在這兩種情況中,傳感器引腳都與運放的高阻抗輸入端相連,因此能夠最大限度的減小因偏置電流在導線電阻上引起的壓降.運放能確保傳感器引腳(+)和(-)始終等于vb,從而保證遠程電橋所需的激勵電壓精確不變.開爾文傳感器電橋能有效抑制因導線電阻引起的誤

7、差.3.2.2穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓模塊主要由比較先進的精密齊納二極管型參考源ad588構成,ad588具有較低的初始誤差,對溫度變化具有極低的激勵漂移和增益,用于精密測量,能夠為系統(tǒng)提供5v的穩(wěn)定的參考電壓.3.2.3電流緩沖模塊在設計開爾文傳感電路時,有一點非常特別.因為驅動-force引腳可能要求運放輸出為負電壓,所以電路中的下運放必須采用雙電源供電.電路中的電流相對較大(約30ma)所以該電路在運放輸出端最好增加電流緩沖級.參考源、傳感器電阻以及運放的精度都將影響系統(tǒng)總體精度.雖然對運放的精確度要求是眾所周知的,但是對運放輸出電流的要求可能就被忽視了.通常要求電流大于數毫安(與標準的350電橋相

8、連).此時也需要運放緩沖.因此為了使該電路獲得最高的精度,最好使用緩沖器.由于該電橋信號是單向的,因此采用簡單的一個三極管就可以實現緩沖.在這里我們使用2n2219a型的三極管作為緩沖器,與op177構成反饋回路,并提供電橋所需的驅動電流.該結構能確保運放的性能不受影響.3.2.4高精度放大器模塊在許多現代電子設備中, 如數據采集系統(tǒng)、 醫(yī)療儀器、 信號處理系統(tǒng)等需要對弱信號進行高精度處理的場合, 都較普遍地采用了儀器放大器, 常用的儀器放大器有傳統(tǒng)的三運放儀器放大器和單片儀器放大器, 因單片儀器放大器具有高精度、 低噪聲及易于控制、 設計簡單等特點而成為設計者優(yōu)選的對象。作為著名的模擬電路及

9、數?；旌想娐返闹圃焐蘟d 公司為設計者提供了許多性能優(yōu)良的單片儀器放大器芯片, 如ad524、 ad620、 ad624 等已廣泛應用到各種電路設計之中, 這些芯片的電氣性能指標各不相同, 但設計方法大同小異。在我們設計的信號調理電路中采用了增益范圍較大, 且精度較高的ad620 芯片作為高精度放大模塊。其結構如圖3所示:圖3 ad620結構功能框圖ad620bn 特點· 易于使用通過一個外部電阻設置增益(增益范圍：1至10000)寬電源電壓范圍(±2.3 v至±18 v)具有比三運放ia設計更高的性能提供8引腳dip和soic封裝低功耗,最大電源電流為1.3 m

10、a · 低噪聲輸入電壓噪聲：9 nv/hz(1 khz)0.28 µv 峰峰值噪聲(0.1 hz至10 hz) · 出色的直流性能(b級)輸入失調電壓：50 µv(最大值)輸入失調漂移：0.6 µv/°c(最大值)輸入偏置電流：1.0 na(最大值)共模抑制比：100 db(最小值,g = 10) · 出色的交流特性帶寬：120 khz (g = 100)0.01%建立時間：15 µs ad620bn 技術指標如表1.表1single/dual supplydualvnoise rti 1-10 hz µ

11、vp-p0.28µv p-pvoltage supply (vmax)±18vtemperature range-55 to +125gain setting methodresistorgain error (%) max+0.3%gain range (min to max)10000supply current1.3mabandwidth g=10 (khz typ)800khzpackagedip,soiccmrr (db)93dbvosi (µv)30µvad620 為一個低成本, 高精度的單片儀器放大器, 為 8 腳so ic 塑封外形(圖4

12、)。圖4 ad620芯片引腳圖該放大器的特點為， 差動輸入， 單端輸出。電壓增益可由一個電阻 rg來確定,且增益連續(xù)可調,并有效地解決了后級負載對地連接的問題。 al 、a 2組成了同相高輸入阻抗的差動輸入，差動輸出,并承擔了全部的增益放大任務。由于電路結構對稱， 增益改變時,輸入阻抗不變。反饋電阻r1=r2=24.7k ， 放大器a1、a2的共增益、失調、漂移等誤差均得到了相互補償后級a3的增益為 1 ，具有較高的共模抑制比和抗干擾能力。 盡管ad620 由傳統(tǒng)的三運算放大器發(fā)展而成, 但一些主要性能卻優(yōu)于三運算放大器構成的儀表放大器的設計, 如電源范圍寬(±2.3 ±1

13、8 v ) , 設計體積小, 功耗非常低(最大供電電流僅1.3 ma ) , 因而適用于低電壓、 低功耗的應用場合。ad620 的單片結構和激光晶體調整, 允許電路元件緊密匹配和跟蹤, 從而保證電路固有的高性能。ad620 為三運放集成的儀表放大器結構, 為保護增益控制的高精度, 其輸入端的三極管提供簡單的差分雙極輸入, 并采用b工藝獲得更低的輸入偏置電流, 通過輸入級內部運放的反饋, 保持輸入三極管的集電極電流恒定, 并使輸入電壓加到外部增益控制電阻r g 上。ad620 的兩個內部增益電阻為24.7k , 因而增益方程式為 (1)對于所需的增益, 則外部控制電阻值為 (2)rg為外部增益調

14、正,可在放大器的腳l和腳8之間跨接此高精度電阻來滿足所需要的放大倍數.采用放大器ad620,增益誤差可0.01，非線性0.002。ad620由于體積小、功耗低、噪聲小及供電電源范圍廣等特點，使ad620特別適宜應用到諸如傳感器接口、心電圖監(jiān)測儀、 精密電壓電流轉換等應用場合。從電路技術性能上來分析, ad620實際上是一種低功耗、高精度儀器用、寬帶集成運算放大器。 第4章 參數的計算基本惠斯通電橋如圖5所示:圖5 惠斯通電橋其輸出電壓為: (3)平衡時如果,那么然而,對于大多數采用電橋的傳感器應用來說,電橋中的一個或多個電阻的取值發(fā)生變化都意味著測量量的大小發(fā)生變化.因此輸出電壓的變化就反映了

15、電阻值的變化.由于電阻變化通常較小,因此,即使采用vb=10v的激勵,輸出電壓也只能變化數十毫伏.很多電橋應用中,通常變化的電阻不止一個,有可能是兩個,甚至四個都變.而我們設計的是四應變片傳感器,也就是說所有的元件都發(fā)生變化,其變化如圖6所示:圖6 全器件變化型電橋其輸出電壓為: (4)應變片材料選用康銅,其靈敏度系數為1.92.1,取k=2;應變片電阻選用標稱值為的電阻;根據設計要求應變范圍為0.110000;則由公式 (5)得所以我們選用的變阻器來模仿應變范圍為0.110000的應變片.,由公式(4)得根據設計要求信號調理電路的輸出電壓的范圍為02.5v,根據有儀用放大器的增益根據公式(2

16、)得在我們設計的電路中選用一個固定的電阻和一個變阻器串聯(lián)作為, 選用1%的值為的標準電阻, 選用的變阻器。通過調節(jié)的大小，可以獲得所需的增益。第5章 誤差分析5.1 ad620的 誤差分析當儀表放大器工作在較高增益時，輸入級的增益也提高。由于增益提高，輸入級貢獻的誤差被放大，而輸出級誤差沒變。因此，在高增益條件下，輸入級誤差起主要作用。輸入誤差是由于放大器的輸入級單獨貢獻的誤差；輸出誤差是由于放大器的輸出級引起的誤差。我們常常將與輸入端相關的誤差分類和組合在一起，稱作折合到輸入端(rti)誤差，而將所有與輸出端相關的誤差則稱之為折合到輸出端(rto)誤差。對于給定的增益，儀表放大器的輸入誤差和

17、輸出誤差可使用以下公式計算 rti總誤差= 輸入誤差 + 輸出誤差/增益rto總誤差= 增益×輸入誤差 + 輸出誤差5.1.1失調誤差 可以利用在ad620bn的技術指標頁中列出的具體誤差計算工作在增益為25時的總失調電壓誤差。因為表中列出ad620(vosi)的輸入失調電壓典型值為30v，它的輸出失調電壓(voso)為400v，所以rti總失調電壓等于 rti總誤差= vosi(voso/g) = 30v(400v/25) = 30v16v =46v rto總失調電壓等于 rto總誤差=g×vosivoso = 25×30v400v = 1150v 應當注意rt

18、o誤差值比rti誤差值大25倍。從邏輯上講，這應當是對的。因為當增益為25時，該儀表放大器的輸出誤差應當是其輸入誤差的25倍。5.1.2噪聲誤差 rti 和 rto 噪聲誤差的計算方法與失調誤差的計算方法相同，即： 輸入噪聲 = eni，輸出噪聲 = eno rti 總噪聲 = rto 總噪聲= ad620bn的噪聲典型值規(guī)定為 eni9 nv/hz 和 eno 72 nv/hz。因此，ad620bn工作在增益為25條件下的 rti 總噪聲和rto 總噪聲計算如下： rti 總噪聲 = rto 總噪聲= 當增益為25時，該儀表放大器的rto總噪聲應當是其rti總噪聲的25倍。5.2電橋電阻的線

19、性誤差單元件變化時電橋終點線性度誤差我們設計的電橋為四應變片電橋,且對角的兩個元件向相同方向變化,變化量相同,一個對角上增大,另一個對角等值減小。電阻產生的線性誤差相互抵消，所以電橋總的線性誤差為0。5.3 op177誤差分析最大最大非線性0.110hz噪聲第6章 結論對設計出來的電路進行仿真后電路圖如圖7 所示:圖7 multisim仿真圖并得出實驗數據如表2:根據表2中的數據以及設計要求,當應變在0.110000變化時,輸出電壓范圍為0.000002.50010v,實驗結果在允許誤差范圍之內,滿足線性要求.心得體會測控電路作為我們的主要專業(yè)課之一，在這次課程設計中我發(fā)現自己在一點一滴的努力

20、中對電路設計的興趣也在逐漸增加。 這次測控電路課程設計我們歷時兩個星期,對我來說學到的不僅是那些知識，更多的是團隊和合作?，F在想來，也許學校安排的課程設計有著它更深層的意義吧，它不僅僅讓我們綜合那些理論知識來運用到設計和創(chuàng)新，還讓我們知道了一個團隊凝聚在一起時所能發(fā)揮出的巨大潛能! 在兩個星期后的今天我已明白課程設計對我來說的意義，它不僅僅是讓我們把所學的理論知識與實踐相結合起來，提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，更重要的是同學間的團結，雖然我們這次花去的時間比別人多，但我相信我們得到的也會更多!作為一名測空專業(yè)的大四學生，我覺得做測控電路課程設計是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度

21、過的大學時間里，我們大多數接觸的是專業(yè)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力？如何把我們所學的專業(yè)基礎課理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。 在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。其次，在這次課程設計中，我們運用到了以前所學的專業(yè)課知識，如：multisim仿真軟件、microsoft visio繪圖、模擬和數字電路知識等。雖然過去從未獨立應用過它們，但在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現效率很高，這是我做這次課程設計的又

22、一收獲。我覺得課程設計反映的是一個從理論到實際應用的過程，但是更遠一點可以聯(lián)系到以后畢業(yè)之后從學校轉到踏上社會的一個過程。小組人員的配合相處，以及自身的動腦和努力，都是以后工作中需要的。 參考文獻 1 強錫富. 傳感器. 機械工業(yè)出版社，2001年 2 李科杰. 新編傳感器技術手冊. 國防工業(yè)出版社，2002年3 賈伯年. 傳感器技術. 東南大學出版社，1992年4 楊寶清.孫寶元. 傳感器及其應用手冊. 2004年5 單成祥. 傳感器的理論與設計基礎及其應用. 國防工業(yè)出版社. 1999年 自動檢測技術及儀表課程設計報告 題目：稱重式傳感器 學院:信息工程與自動化學院 專業(yè)：測控 年級：20

23、06 姓名：徐文龍 學號：200610402102 2010年5月10日 設計類容摘要：1、 稱重傳感器的基本知識2、 稱重傳感器的工作原理3、 sbc懸臂梁稱重傳感器的測量原理4、 sbc懸臂梁稱重傳感器的構造原理5、 稱重傳感器參數6、 工作電路原理圖7、 使用注意事項8、 選用稱重傳感器9、 稱重傳感器小知識十、總結體會十一、參考資料內容：隨著技術的進步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應用到各行各業(yè),實現了對物料的快速、準確的稱量，特別是隨著微處理機的出現，工業(yè)生產過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤

24、、汽車秤等計測控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產工藝中的自動檢測和粉粒體進料量控制等，都應用了稱重傳感器，目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領域 宣威火力發(fā)電廠稱重式給煤機，屬于稱重式給煤機。在主傳動裝置的從動輪處安裝有測皮帶張力的裝置，稱重傳感器與稱重托輥直接連接，在給煤機進料口緩沖托輥下裝有料倉煤位檢測裝置。該稱重給煤機上裝有專用的料倉煤位檢測裝置，測量料位準確；稱重傳感器與稱重托輥直聯(lián)，可提高傳感器的使用精度；手動掛碼檢驗方便，精度高；在輸送機尾部安裝一個測皮帶張力裝置，可以測出由于熱脹冷縮而引起的皮帶松緊程度，然后通過儀表對稱重精度進行補償，可以提高稱量精度；給煤機上裝有料倉

25、煤位檢測裝置，在料倉下檢測煤位，可以準確知道料倉的煤位；稱重托輥與稱重傳感器直接相聯(lián)，可提高稱量精度；方便的手動掛碼校驗，校驗準確。這種火力發(fā)電廠稱重式給煤機，它包括殼體、主傳動裝置、皮帶、清掃裝置和稱量裝置，其特征在于：在主傳動裝置的從動輪處安裝有測皮帶張力的裝置，稱重傳感器與稱重托輥直接連接，在給煤機進料口緩沖托輥下裝有料倉煤位檢測裝置。這種傳感器就是sbc懸臂梁稱重傳感器 。一、稱重傳感器的基本知識1.定義：考慮到使用地點的重力加速度（g）和空氣浮力（f）的影響后，通過把其中一種被測量（質量）轉換成另外一種被測量（輸出）來測量質量的力傳感器。被測量（質量） 稱重傳感器 輸出2.組成敏感元

26、件+傳感元件+測量電路其中：敏感元件電阻應變計； 傳感元件彈性體； 測量電路惠斯通電橋二、電阻應變計工作原理以金屬材料為轉換元件的電阻應變計，其轉換原理是基于金屬電阻絲的電阻應變效應。所謂應變效應是指金屬導體（電阻絲）的電阻值隨變形（伸長或縮短）而發(fā)生改變的一種物理現象。如下圖所示：1.受力前（f=0）電阻值r=*l/s （1）式中r金屬絲的電阻（）； 金屬絲的電阻率（*m）；l金屬絲的長度（m）； s金屬絲的橫截面積（m2）（d2/4）d金屬絲的直徑（m）2.受力后（f0）電阻變化值r=r*k （2）式中r電阻變化量； r原始電阻值；k應變計的靈敏系數； 軸向應變結論：金屬絲拉伸，電阻值增加

27、； 金屬絲壓縮，電阻值減小三、稱重傳感器的工作原理1.兩個典型的力學模型當f0時，r1、r3被拉伸，阻值增大；r2、r4被壓縮，阻值減小。2.惠斯頓電橋在應變計的電測技術中，應用最廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。測量電橋由于具有靈敏度高、測量范圍寬、電路結構簡單、精度高、容易實現溫度補償等優(yōu)點，因此能很好地滿足應變測量的要求。電橋根據電源的性質分直流電橋和交流電橋兩種，當ui為直流時該電橋為直流電橋。電橋電路如上圖所示，它的四個橋臂由r1、r2、r3、r4組成。1)直流電橋的電壓輸出根據分壓原理，從d-a-c半橋來看，從d經a到c的電壓降為ui，通過r1、r2的電流i1=ui/（r1+r2）

28、（1）r2上的電壓降為i1r2，代入（1）得uac=ui*r2/（r1+r2） （2）同樣，d-b-c半橋的電壓降也是ui，r3上的電壓降為：ubc=ui*r3/（r3+r4） （3）則輸出電壓uo是ubc與uac之間的差，即 r1r3-r2r4uo=ubc-uac= ui （4）（r1+r2）（r3+r4）由（4）可知，當橋臂電阻滿足如下條件時，即r1r3=r2r4 （5）電橋的輸出電壓uo=0，電橋處于平衡狀態(tài)。為了保證測量的準確性，在實測之前應使電橋平衡（置零），這樣輸出電壓只與應變計感受應變所引起的電阻變化有關。2)按上述力學模型解釋：當f=0時，r1r3=r2r4；u0=0；當f0時

29、，r1、r3增加，r2、r4減小，u00。若欲得到與上述電信號相反的結果時，只需將a與c（或b與d）之間的電源正、負極互換即可。3) 當橋臂電阻的阻值發(fā)生變化時，電橋的輸出電壓也隨著發(fā)生變化，當r<<r時，其輸出電壓與電阻變化率r/r（或應變）成線性關系。稱重傳感器的補償一、常見補償內容：1. 零點不平衡輸出調整； 2. 零點溫度補償； 3. 彈性模量補償； 4. 非線性補償； 5. 靈敏度補償； 6. 輸入電阻調整；二、補償原理r1r4：橋路應變計電阻；（常規(guī)為350）作用：直接感受彈性體的應變。rz：零點補償電阻；作用：把空載輸出信號調整到要求范圍；材料：康銅絲（電阻溫度系數小

30、）；特性：對溫度不敏感rt：零點溫度補償電阻；作用：把空載下因環(huán)境溫度的變化而引起的漂移加以補償；材料：鎳電阻特性：對溫度敏感rm：彈性模量補償電阻；作用：補償因環(huán)境變化造成的傳感器滿負荷輸出的變化；材料：鎳絲、鎳片電阻特性：對溫度敏感rm：彈性模量補償線性化調整電阻；作用：調整彈模補償的效果；材料：金屬膜電阻；特性：對溫度不敏感rl：線性補償電阻；作用：調整傳感器天然非線性誤差，使呈線性；材料：半導體應變計特性：對溫度敏感rl：線性補償調整電阻；作用：調整線性補償效果材料：金屬膜電阻，特性：對溫度不敏感rs：靈敏度補償電阻；作用：調整傳感器滿負荷輸出，使具有互換性；材料：康銅絲，特性：對溫度

31、不敏感rj：輸入電阻調整電阻作用：調整傳感器輸入電阻，使具有互換性；材料：金屬膜電阻特性：對溫度不敏感三、為什么要進行上述補償？1. 零點補償（rz）有些使用場合，當傳感器零點超過一定范圍時，現場儀表顯示異常（不接收或溢出），或者控制系統(tǒng)報警、失控等。2. 零點溫度補償（rt）室外作業(yè)的電子衡器或其他稱重檢測裝置，當傳感器感受不同溫度（如早上與中午的溫差），其內部電阻值產生相應變化，最終反饋到顯示或控制裝置，使系統(tǒng)作業(yè)出現異常如數字不穩(wěn)或系統(tǒng)零位偏差等，影響正常工作。3. 彈性模量補償（rm）彈性體金屬材料自身都有彈性模量（e）且隨溫度的變化而產生微量變化，在同樣的測量負荷下，天熱時儀表顯示的

32、讀數要大于天冷時的讀數（稱量產生了偏差）。這對于高精度計量是不允許的。4. 非線性補償是針對純柱式結構傳感器先天性線性不良傳感器而言，通過補償可有效改進傳感器的精度，滿足高精度計量要求。5. 靈敏度補償如果一張桌子有3或4條腿，當3或4條腿長度不一致時，桌子便不穩(wěn)固，容易倒掉。同樣，對一臺由2個以上傳感器組成的電子衡器而言，若傳感器的靈敏度不一致，那么這臺衡器便處于非穩(wěn)態(tài)，被稱物品在秤臺的不同方位會得到不同的結果，而最多只有一個結果是正確的。這種情況是衡器產品所不允許的，無法完成“公平交易”的目的。6. 輸入電阻調整同靈敏度補償情況。sbc懸臂梁稱重傳感器的測量原理：稱重傳感器采用金屬電阻應變

33、計組成測量橋路，利用金屬電阻絲在張力作用下伸長變細，電阻增加的原理，即金屬電阻隨所受應變而變化的效應而制成的(應變，就是尺寸的變化)。sbc懸臂梁稱重傳感器的構造原理：金屬電阻具有阻礙電流流動的性質，即具有電阻()，其阻值依金屬的種類而異。同一種金屬絲，一般來講，越是細長，其電阻值就越大。當金屬電阻絲受外力作用而伸縮時，其電阻值就會在某一范圍內增減。因此，將金屬絲(或膜)緊貼在被測物體上，而且這種絲或膜又很細或很薄，粘貼又十分完善，那么，當被測物體受外力而伸縮時，金屬電阻絲(膜)也會按比例伸縮，其阻值也會相應變化。稱重傳感器就是將金屬電阻應變計粘貼在金屬稱重梁上進行測量重量信號的。宣威火電廠給

34、煤機上使用的稱重傳感器參數： 稱重傳感器-懸臂梁稱重傳感器-sbc懸臂梁稱重傳感器 懸臂梁稱重傳感器型號：sbc 產品特點：§ 安裝高度低，結構緊湊§ 測量精度高，長期穩(wěn)定性好§ 優(yōu)質合金鋼，表面鍍鎳；不銹鋼可選§ 適用于料罐秤、料斗秤、皮帶秤、化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)配料稱重控制 技術參數 額定載荷（r.c.）t0.5, 1, 2, 5額定輸出（r.o.）mv/v2±0.0020零點平衡%r.o.±1綜合誤差%r.o.±0.02非線性%r.o.±0.02滯后%r.o.±0.02重復性%r.o.±

35、0.01蠕變（30分鐘）%r.o.±0.02正常工作溫度范圍-10.+40允許工作溫度范圍-20.+70溫度對靈敏度影響%r.o./10 ±0.02溫度對零點影響%r.o./10 ±0.02推薦激勵電壓v(dc/ac)10最大激勵電壓v(dc/ac)15輸入阻抗385±10輸出阻抗350±3絕緣阻抗m>5000安全過載%r.c.150極限過載%r.c.300彈性元件材料 合金鋼，不銹鋼防護等級 ip67，ip68電纜線長度m5m接線方式激勵紅： 黑： 信號綠： 白： 外型尺寸： sbc懸臂梁式稱重傳感器工作電路原理圖：本裝置由稱重傳感器、

36、放大電路、a/d轉換和液晶顯示電路四部分組成，電路如圖所示。圖中e為9v疊層電池，r1r4為稱重傳感器的4片電阻應變片，r5、r6與rpi組成零件調整電路，當載荷為零時，調節(jié)rpi使液晶顯示屏顯示零。ad轉換與液晶顯示驅動的原理圖： 使用注意事項：1為了保證加載連接裝置的加載作用線與傳感器的受力軸線重合,克服因安裝問題而引入的傾斜載荷和偏心載荷對計量性能的影響， 必要時要采用安裝工裝來保證這一點；2稱重傳感器在使用中若受水平橫向沖擊力過大，會超出加載連接裝置的抗側向力或自復位能力時，要考慮在加載連接裝置中設計或增加專門的限位裝置；3在承載過程中受沖擊力嚴重的稱重傳感器要增加過載保護裝置或在加載

37、連接裝置中增加過載保護結構；4為了防止大電流直接通過傳感器本體損壞傳感器，可在加載連接裝置上增加電流旁路器，應選用編織銅導線做成的電流旁路器，并在加載連接裝置的兩端用螺栓壓緊；5.料斗電子衡器傳感器和加載連接裝置的應用示例：采用3只傳感器組成料斗秤可降低對料斗和料斗安裝框架的剛性要求,使系統(tǒng)安裝調試方便且容易獲得精度高,穩(wěn)定性好的結果. 6.工業(yè)用電子衡器的主體大多用鋼結構組成，會因溫度變化而產生伸縮，對于要求比較高的場合，可選用固定，半浮動和全浮動加載連接裝置組合使用。選用稱重傳感器:稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準確度和穩(wěn)定性。在設計電子衡器時，經常要

38、遇到如何選用傳感器的問題。稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器茵先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確選用傳感器至關重要，它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。環(huán)境給傳感器造成的影響主要有以下幾個方面：（1）高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料熔化、焊點開化、彈性體內應力發(fā)生結構變化等問題。對于高溫環(huán)境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器；另外，必須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置。（2）粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應選用密閉性很高的傳感器。不同的傳感器其密封的方式是不同的，其密閉性存在著很大差異。常見的密封

39、有密封膠充填或涂覆；橡膠墊機械緊固密封；焊接（氬弧焊、等離子束焊）和抽真空充氮密封。從密封效果來看，焊接密封為最佳，充填涂覆密封膠為量差。對于室內干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器，可選擇涂膠密封的傳感器，而對于一些在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下工作的傳感器，應選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。（3）在腐蝕性較高的環(huán)境下，如潮濕、酸性對傳感器造成彈性體受損或產生短路等影響，應選擇外表面進行過噴塑或不銹鋼外罩，抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。（4）電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響。在此情況下，應對傳感器的屏蔽性進行嚴格檢查，看其是否具有良好的抗電磁能力。（5）易燃、易爆不僅對傳感器造成徹

40、底性的損害，而且還給其它設備和人身安全造成很大的威脅。因此，在易燃、易爆環(huán)境下工作的傳感器對防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆環(huán)境下必須選用防爆傳感器，這種傳感器的密封外罩不僅要考慮其密閉性，還要考慮到防爆強度，以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。傳感器新技術的發(fā)展傳感器是一種能將物理量、化學量、生物量等轉換成電信號的器件。輸出信號有不同形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，能滿足信息傳輸、處理、記錄、顯示、控制要求，是自動檢測系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)中不可缺少的元件。如果把計算機比作大腦，那么傳感器則相當于五官，傳感器能正確感受被測量并轉換成相應輸出量，對系統(tǒng)的質量起決定性作用。自動化程度越高

41、，系統(tǒng)對傳感器要求越高。在今天的信息時代里，信息產業(yè)包括信息采集、傳輸、處理三部分，即傳感技術、通信技術、計算機技術。現代的計算機技術和通信技術由于超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，而已經充分發(fā)達后，不僅對傳感器的精度、可靠性、響應速度、獲取的信息量要求越來越高，還要求其成本低廉且使用方便。顯然傳統(tǒng)傳感器因功能、特性、體積、成本等已難以滿足而逐漸被淘汰。世界許多發(fā)達國家都在加快對傳感器新技術的研究與開發(fā)，并且都已取得極大的突破。如今傳感器新技術的發(fā)展，主要有以下幾個方面：一發(fā)現并利用新現象利用物理現象、化學反應、生物效應作為傳感器原理，所以研究發(fā)現新現象與新效應是傳感器技術發(fā)展的重要工作，是研究開發(fā)

42、新型傳感器的基礎。日本夏普公司利用超導技術研制成功高溫超導磁性傳感器，是傳感器技術的重大突破，其靈敏度高，僅次于超導量子干涉器件。它的制造工藝遠比超導量子干涉器件簡單。可用于磁成像技術，有廣泛推廣價值。利用抗體和抗原在電極表面上相遇復合時，會引起電極電位的變化，利用這一現象可制出免疫傳感器。用這種抗體制成的免疫傳感器可對某生物體內是否有這種抗原作檢查。如用肝炎病毒抗體可檢查某人是否患有肝炎，起到快速、準確作用。美國加州大學已研制出這類傳感器。二利用新材料傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，由于材料科學進步，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器；光導纖維能制成壓力、流量

43、、溫度、位移等多種傳感器；用陶瓷制成壓力傳感器。高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。高分子電介常數小，水分子能提高聚合物的介電常數。將高分子電介質做成電容器，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。利用這個原理制成等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器，其有以下特點：測濕范圍寬；溫度范圍寬，可達-40+1500；響應速度快，小于1s；尺寸小，可用于小空間測濕；溫度系數小。陶瓷電容式壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力傳感器。采用先進的陶瓷技術，厚膜電子技術，其技術性能穩(wěn)定，年漂移量小于0.1%f.s,溫漂小于±0.15%/10k,抗過載強,可達量程的數百倍。測量范

44、圍可從0到60mpa。德國e+h公司和美國kavlio公司產品處于領先地位。光導纖維的應用是傳感材料的重大突破，其最早用于光通信技術。在光通信利用中發(fā)現當溫度、壓力、電場、磁場等環(huán)境條件變化時，引起光纖傳輸的光波強度、相位、頻率、偏振態(tài)等變化，測量光波量的變化，就可知道導致這些光波量變化的溫度、壓力、電場、磁場等物理量的大小，利用這些原理可研制出光導纖維傳感器。光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點：靈敏度高，結構簡單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實現遙測等。光纖傳感器日本處于先進水平。如idecizumi公司和sunx公司。光纖傳感受器與集成光路技術相結合，加速光纖傳感器技術的

45、發(fā)展。將集成光路器件代替原有光學元件和無源光器件，使光纖傳感器有高的帶寬、低的信號處理電壓，可靠性高，成本低。三微機械加工技術半導體技術中的加工方法有氧化、光刻、擴散、沉積、平面電子工藝，各向導性腐蝕及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳感器制造。因而產生了各種新型傳感器，如利用半導體技術制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制壓力傳感器等。日本橫河公司利用各向導性腐蝕技術進行高精度三維加工，制成全硅諧振式壓力傳感器。核心部分由感壓硅膜片和硅膜片上面制作的兩個諧振梁結成，兩個諧振梁的頻差對應不同的壓力，用頻率差的方法測壓力，可消除環(huán)境溫度等因素帶來的誤差

46、。當環(huán)境溫度變化時，兩個諧振梁頻率和幅度變化相同，將兩個頻率差后，其相同變化量就能夠相互抵消。其測量最高精度可達0.01%fs。美國siliconmicrostructureinc.(smi)公司開發(fā)一系列低價位,線性度在0.1%到0.65%范圍內的硅微壓力傳感器,最低滿量程為0.15psi(1kpa),其以硅為材料制成,具有獨特的三維結構,輕細微機械加工,和多次蝕刻制成惠斯登電橋于硅膜片上,當硅片上方受力時,其產生變形,電阻產生壓阻效應而失去電橋平衡,輸出與壓力成比例的電信號.象這樣的硅微傳感器是當今傳感器發(fā)展的前沿技術,其基本特點是敏感元件體積為微米量級,是傳統(tǒng)傳感器的幾十、幾百分之一。在

47、工業(yè)控制、航空航天領域、生物醫(yī)學等方面有重要的作用，如飛機上利用可減輕飛機重量，減少能源。另一特點是能敏感微小被測量，可制成血壓壓力傳感器。中國航空總公司北京測控技術研究所，研制的cyj系列濺謝膜壓力傳感器是采用離子濺射工藝加工成金屬應變計，它克服了非金屬式應變計易受溫度影響的不足，具有高穩(wěn)定性，適用于各種場合，被測介質范圍寬，還克服了傳統(tǒng)粘貼式帶來的精度低、遲滯大、蠕變等缺點，具有精度高、可靠性高、體積小的特點，廣泛用于航空、石油、化工、醫(yī)療等領域。四集成傳感器集成傳感器的優(yōu)勢是傳統(tǒng)傳感器無法達到的，它不僅僅是一個簡單的傳感器，其將輔助電路中的元件與傳感元件同時集成在一塊芯片上，使之具有校準

48、、補償、自診斷和網絡通信的功能，它可降低成本、增加產量，美國lucas、novasensor公司開發(fā)的這種血壓傳感器，每星期能生產1萬只。五智能化傳感器智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器，是微型計算機和傳感器相結合的成果，它兼有檢測、判斷和信息處理功能，與傳統(tǒng)傳感器相比有很多特點：具有判斷和信息處理功能，能對測量值進行修正、誤差補償，因而提高測量精度；可實現多傳感器多參數測量；有自診斷和自校準功能，提高可靠性；測量數據可存取，使用方便；有數據通信接口，能與微型計算機直接通信。把傳感器、信號調節(jié)電路、單片機集成在一芯片上形成超大規(guī)模集成化的高級智能傳感器。美國honywell公司st-3000

49、型智能傳感器，芯片尺寸才有3×4×2mm3，采用半導體工藝，在同一芯片上制成cpu、eprom、靜壓、壓差、溫度等三種敏感元件。智能化傳感器的研究與開發(fā)，美國處于領先地位。美國宇航局在開發(fā)宇宙飛船時稱這種傳感器為靈巧傳感器（smartsensor），在宇宙飛船上這種傳感器是非常重要的。我國在這方面的研究與開發(fā)還很落后，主要是因為我國半導體集成電路工藝水平有限。傳感器的發(fā)展日新月異，特別是80年代人類由高度工業(yè)化進入信息時代以來，傳感器技術向更新、更高的技術發(fā)展。美國、日本等發(fā)達國家的傳感器技術發(fā)展最快，我國由于基礎薄弱，傳感器技術與這些發(fā)達國家相比有較大的差距。因此，我們應

50、該加大對傳感器技術研究、開發(fā)的投入，使我國傳感器技術與外國差距縮短，促進我國儀器儀表工業(yè)和自化化技術的發(fā)展。稱重傳感器選用的一般規(guī)則:在電子衡器中，選用何種稱重傳感器，要全面衡量。下面就稱重傳感器的結構形式、量程，準確度等級的選擇上講述一般要考慮的幾個方面。1、 結構、形式的選擇2、 選用何種結構形式的稱重傳感器，主要看衡器的結構和使用的環(huán)境條件。如要制作低外形衡器，一般應選用懸臂梁式和輪幅式傳感器，若對外形高度要求不嚴，則可采用柱式傳感器。此外，衡器使用的環(huán)境若很潮濕，有很多粉塵，則應選擇密封形式較好的；若在有爆炸危險的場合，則應選用本質安全型傳感器；若在高架稱重系統(tǒng)中，則應考慮安全及過載保

51、護；若在高溫環(huán)境下使用，則應選用有水冷卻護套的稱重傳感器；若在高寒地區(qū)使用，則應考慮采用有加溫裝置的傳感器。在形式選擇中，有一個要考慮的因素是，維修的方便與否及其所需費用，即一旦稱重系統(tǒng)出了毛病，能否很順利、很迅速的獲得維修器件。若不能做到就說明形式選擇不夠合適。二、量程的選擇 稱重系統(tǒng)的稱量值越接近傳感器的額定容量，則其稱量準確度就越高，但在實際使用時，由于存在秤體自重、皮重及振動、沖擊、偏載等，因而不同稱量系統(tǒng)選用傳感器的量限的原則有很大差別。作為一般規(guī)則，可有：*單傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng)：固定負荷（秤臺、容器等）+變動負荷（需稱量的載荷）所選用傳感器的額定載荷x70%*多傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng)：

52、固定負荷（秤臺、容器等）+變動負荷（需稱量的載荷）選用傳感器額定載荷x所配傳感器個數x70%其中70%的系數即是考慮振動、沖擊、偏載等因素而加的。需要說明的是：首先，選擇傳感器得額定容量要盡量符合生產廠家的標準產品系列中的值，否則，選用了非標準產品，不但價格貴，而且損壞后難以代換。其次，在同一稱重系統(tǒng)中，不允許選用額定容量不同的傳感器，否則，該系統(tǒng)沒法正常工作。再者，所謂變動負荷（需稱量的載荷）是指加于傳感器的真實載荷，若從秤臺到傳感器之間的力值傳遞過程中，有倍乘和衰減的機構（如杠桿系統(tǒng)），則應考慮其影響。三、準確度的選擇稱重傳感器的準確度等級的選擇，要能夠滿足稱重系統(tǒng)準確度級別的要求，只要能

53、滿足這項要求即可。即若2500分度的傳感器能滿足要求，切勿選用3000分度的。若在一稱重系統(tǒng)中使用了幾只相同形式，相同額定容量的傳感器并聯(lián)工作時，其綜合誤差為，則有:=/n1/2(212)其中：單個傳感器的綜合誤差；n：傳感器的個數。另外，電子稱重系統(tǒng)一般由三大部分組成，他們是稱重傳感器，稱重顯示器和機械結構件。當系統(tǒng)的允差為1時，作為非自動衡器主要構成部分之一的稱重傳感器的綜合誤差（）一般只能達到0.7的比例成分。根據這一點和式（2-12），自不難對所需的傳感器準確度做出選擇。四、某些特殊要求應如何達到在某些稱重系統(tǒng)中，可能有一些特殊的要求，例如軌道衡中希望稱重傳感器的彈性變形量要小一些，從而可以使秤臺在稱量時的下沉量小些，使得貨車在駛入和駛出秤臺時，減小沖擊和振動。另外，在構成動態(tài)稱重系統(tǒng)時，不免要考慮所用稱重傳感器的自振頻率，是否能滿足動態(tài)測量的要求。這些參數，在一般的產