电子称的设计与校正

BROADJING 远景仪器实验4. 电子秤的设计与制作

YJ-YLY-Ⅰ压力传感器特性及应用综合实验仪

在日常生活和生产中，电子秤已经得到了广泛的应用，电子秤是通过压力传感器,把被测量物体的质量转换成电信号输出,通过放大器放大后,由二次仪表直接显示出来.

一.设计研究要求

1.研究、测量应变式传感器的压力特性，计算其灵敏度;

2.根据应变式传感器的压力特性设计、制作一个电子秤，该电子秤应达到如下的技术指标: 量程:0—199.9g.

精度:在量程范围内,额定误差小于最大量程的0.5% 灵敏度:0. 1 g

显示:电压输出0—199.9mV

要求确定整体设计方案,说明测量的原理,给出各组成部分的性能测试数据,证明能达到以上技术指标,写出设计研究总结报告.

二.原理和方法提示

1．压力传感器

应变式压力传感器的结构如图1所示，主要由双孔平衡梁和粘贴在梁上的电阻应变片R1—R4 组成，电阻应变片一般由敏感栅、基底、粘合剂、引线、盖片等组成.应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示，如“3×10mm，350Ω”.

敏感栅由直径约0.01mm--0.05mm高电阻系数的细丝弯曲成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分.敏感栅用粘合剂将其固定在基片上.基底应保证将构件上的应变准确地传送到敏感栅上去，故基底必须做得很薄（一般为0.03mm--0.06mm），使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起；另外，它还应有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性.基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等.引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接，一般由0.1mm--0.2mm低阻镀锡铜丝制成，并与敏感栅两端输出端相焊接，盖片起保护作用.

2

E R3 R1 R2 ΔU R4 R3 图2 R1 R2 图1 R4 在测试时，将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的形变，从而使电阻随之发生变化.通过测量电阻值的变化可反映出外力作用的大小.

压力传感器是将四片电阻分别粘贴在弹性平行梁的上下两表面适当的位置，梁的一端固定，另一端自由用于加载荷外力F.弹性梁受载荷作用而弯曲，梁的上表面受拉，电阻片R1和R3亦受拉伸作用电阻增大；梁的下表面受压，R2和R4电阻减小.这样，外力的作用通过梁的形变而使四个电阻值发生变化，这就是压力传感器.应变片R1= R2= R3= R4.

3．压力传感器的压力特性

应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化.为了显示和记录应变的大小，还需把电阻的变化再转化为电压或电流的变化.最常用的测量电路为电桥电路.由应变片组成的全桥测量电路如图2所示，当应变片受

到压力作用时，引起弹性体的变形，使得粘贴在弹性体上的电阻应受片R1--R4的阻值发生变化，电桥将产生输出，其输出电压正比于所受到的压力.

4．传感器电源电压E与电桥输出电压ΔU的关系

改变传感器工作电压E，其输出电压正ΔU比于工作电压E. 5、电子秤的设计

由于应变式压力传感器输出的电压仅为毫伏量级,如果后级采用数字电压表作为显示仪表.则应把荷重传感器输出的毫伏信号放大到相应的电压信号输出.整套装置的组成框图如图3所示

三.实验设计内容

1、总体方案设计

要设计一台电子秤,首先要根据对测量所提出的精度和灵敏度的要求.对各组成部分的主要性能参数提出合理的要求,这一步属于总体方案设计阶段.在总体设计中,首先要分析这套测试装置中哪一部分是主要的关键部分,它的性能参数将对其他部分起关健的决定性的作用.就本课题而言.应变式压力传感器是关键部分,它的特性指标将对放大电路及显示仪表的选择起决定性的作用.因此,首先要研究和测量荷重传感器的特性指标,在实际问题中.哪一部分是关键并不是唯一的和一成不变的.需要根据所要解决的实际问题的具体要求和条件而定.

总体设计中，在决定荷重传感器的特性参数后，再定出其它部分的设计参数和指标. 2．压力传感器的参数测试和性能研究

用某种方法测量该传感器内部各桥臂的电阻值.要求不打开传感器.用电学测量方法就能知道各桥臂应变片的阻值及连接方法.这是第一个设计内容.实验中提供万用表、数字电压表.（电缆插头1、3为电源，2、4为输出）

测定荷重传感器的其它性能. ①压力传感器灵敏度及线性

即在某一定的供桥电压下，单位荷载变化所引起的输出电压变化，用Sp表示：

Sp=△V0/△P

实验中，不但要求出Sp值，还要求利用两个变量的统计计算法求输出电压V0和荷重P之间的相关系数，即线性度.

②压力传感器电压灵敏度

即在额定荷载下，供桥电压变化所引起的输出变化，用Sv表示，则

Sv=△V0/△V桥

同样，也要研究其线性，求其相关系数.实验仪器有数字电压表、稳压电源、砝码若干. 3．决定其他部分的设计参数

根据压力传感器的量程和电子秤的称重范围，在充分利用传感器量程的前提下，设计计算放大器的放大倍数和传感器的工作电压.

设计放大电路，并进行调试和安装测定.可在指导老师的指导下熟悉有关的放大线路.并进行线路的测定和调试.由于荷重传感器输出的信号是很小的.一般为毫伏的量级.根据设计的要求.要在0—100.0g的称量范围内,直接以电压值显示.所以需要放大系统将该信号进行放大再输入显示系统显示物体的重量.本设计中采用运算放大器实现，运算放大电路除可自行安装调试外，也可直接采用实验室提供的放大倍数可调的实验模板，模板使用和调试方法参见附录.

4.整机测定和调试

把传感器、放大器和显示装置（采用适当量程和精度的数字电压表）连成一体，进行模拟测试，求物体重量变化与输出电压示值的关系，验证各项指标是否达到要求.

5.总结，写出研究测试报告.

力信号荷重传感器 电信号信号放大 电信号显示屏 图3 附录：基本使用方法：

应变式压力传感器基本特性的测量 1.压力传感器的压力特性的测量：

(1) 将100g传感器输出电缆线接入实验仪电缆座II，测量选择置于内测20mV（或200mV）.接通电源，调节工作电压为2V, 按顺序增加砝码的数量（每次增加10g）至100g，分别测传感器的输出电压.

（2）按顺序减去砝码的数量（每次减去10g）至0g，分别测传感器的输出电压. （3）用逐差法处理数据，求灵敏度Sp. 2. 压力传感器的电压特性的测量：

保持传感器的压力不变（如50g），改变工作电压分别为3V、4V、5V、6V、7V、8V，9V测量传感器电源电压E与电桥输出电压ΔU的关系，作E－ΔU关系曲线, 求灵敏度Sv.

3.应变式压力传感器实验模板如图4所示，R1—R4应变式压力传感器的四个应变电阻，由R1—R4等电阻组成的电压为V01,Rw1为零点调节.由R7—R13、IC1等组成的差动放大器放大倍数由Rw2调节，输出的电压为V02.

使用、调试方法：

实验仪电缆I 100g传感器 零点调节 放大器调零 图4 放大倍数调节 1）、用电缆线连接实验仪电缆I插座和实验模板，并将100g传感器电缆线接入实验模板，用导线短路放大器输入端，放大器的输出端与实验仪测量输入相连，实验仪测量选择置200mV外测档，打开实验仪电源开关，调节放大器调零旋钮使放大器输出电压为0.0mV,去掉短路线用连接线将放大器的输入端与非平衡电桥的输出端相连，放大器的输出端与实验仪测量输入相连，实验仪测量选择置200mV外测档.

2）、在压力传感器秤盘上没有任何重物时，测量放大器的输出电压，调节零点调节Rw1旋钮使放大器的输出电压为0.0mV

3）、将100g标准砝码置于压力传感器秤盘上，测量放大器的输出电压，调节放大倍数调节Rw3旋钮使放大器的输出电压为100.0mV.（0.1mV相当于0.1g.）

4)、改变压力传感器秤盘上的标准砝码，检验放大器的输出电压与标准砝码的标称值是否对应. 5）、重复2）、3）步操作，使误差最小. 6）、评估你设计制作的电子秤. 参考文献

[1] 丁镇生编著. 传感器及传感技术应用. 北京：电子工业出版社，1998.8 [2] 陈群宇主编. 大学物理实验（基础和综合分册）. v

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库电子称的设计与校正在线全文阅读。