【正文】 式傳感器輸出信號(hào) 差動(dòng)放大電路和二級(jí)放大電路放大信號(hào) 顯示電路 （ LED） A/D 轉(zhuǎn)換電路（雙積分） 5 時(shí)，則敏感元件將隨構(gòu)件一起變形，其電阻值也隨之變化，而電阻的變化與構(gòu)件的變形保持一定的線性關(guān)系，進(jìn)而通過相應(yīng)的二次儀表系統(tǒng)即可測(cè)得構(gòu)件的變形。通過應(yīng)變計(jì)在構(gòu)件上 的不同粘貼方式及電路的不同聯(lián)接，即 可測(cè)得重力、變形、扭矩等機(jī)械參數(shù) 。結(jié)構(gòu)如圖 1 由圖可見，電阻應(yīng)變片、彈性體是電阻應(yīng)變傳感器中不可缺少的部分。 （ 2） 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路 由于室溫的不確定性和機(jī)械間的不確定因素，應(yīng)變片可能存在零點(diǎn)漂移，這就需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，我采用全橋接法，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)橋臂電阻的大小，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?基于前幾周剛做完傳感器實(shí)驗(yàn)，故模仿其中的應(yīng)變式傳感器單臂電橋 所接全臂電橋 實(shí)驗(yàn)接線圖 如下 ： 電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為 — 歐姆， 所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中做常用的是橋式測(cè)量電路。 橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓 E，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓 Uo。其特 點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。 在加上 Rp1，就可以調(diào)節(jié)零點(diǎn)漂移，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?，?shí)驗(yàn)室溫度大體恒定，調(diào)好后一季的時(shí)間內(nèi)可以保持不變。 它由箔式電阻應(yīng)變片電阻 R R R R4組成測(cè)量電橋，測(cè)量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 E供給。物體的重量不同，電橋不平衡程度不同，指針式電表指示的數(shù)值也不同?；瑒?dòng)式線性圖 2 全橋稱重傳感器 R1 R2 R3 R4 R5 R6 RP1 E 應(yīng)變片 引出線 固定墊圈 固定螺絲 限程螺絲 模塊 彈性體 托盤 加熱絲 應(yīng)變片 圖 1 應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu) 示意圖 6 可變電阻器 RP1作為物體重量彈性應(yīng)變的傳感器，組成零調(diào)整電路，當(dāng)載荷為 0 時(shí)， 調(diào)節(jié) RP1使數(shù)碼顯示屏顯示零 。 但在調(diào)好后，在稱重時(shí)不能再改變它，以免產(chǎn)生誤差。 4． 差動(dòng)放大 模塊 物體質(zhì)量信號(hào)產(chǎn)生后，要求用一個(gè)放大電路，即差動(dòng)放大電路 。 多數(shù) 情況下，傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須通過一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大， 為保證放大倍數(shù)足夠，我采用雙放大模式，即前后分別對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大， 才能滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。 我選用 LM324 四運(yùn)放，連接組成兩級(jí)差動(dòng)放大電路，初級(jí)放大電路如圖 3 推導(dǎo)過程： I=721RVV ii ? Vo=(R8+R7+R8)I =(1+782RR )Vi， 則 Avf=1+782RR 考慮到旋鈕旋轉(zhuǎn)的角度有限，若采用單級(jí)差動(dòng)放大，在放大倍數(shù)足夠的條件下，調(diào)節(jié)旋鈕的精度就會(huì)降低，調(diào)零的時(shí)候難以數(shù)顯為零，給測(cè)量帶來(lái)不必要的麻煩，同時(shí)，為保證經(jīng)放大的信號(hào)足夠大，采用又一級(jí)放大電路，來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的增益，這樣既滿足了放大倍數(shù)的要求，也使得旋鈕角度增加，調(diào)零更加容易，也可以是 R8 足夠大，第一級(jí)放大滿足倍數(shù)的要求，第二級(jí)只用來(lái)滿足調(diào)零的需要，即讓一級(jí)差動(dòng)放大調(diào)節(jié)在實(shí)驗(yàn)室溫度下，第二 級(jí)的滑動(dòng)變阻器可以適當(dāng)縮小，這樣會(huì)使調(diào)零更加準(zhǔn)確。 兩級(jí)放大的電路 如圖 4。 芯片 LM324 LM324 是四運(yùn)放集成電路， 它采用 14 腳雙列直插塑料封裝， 外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四 組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四 組運(yùn)放相互獨(dú)立。 每一組運(yùn)算放大器可用圖 1 所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 A1 ∞ A2 ∞ R8 R8 R7 Vo Vi Vi1 Vi2 I 圖 3 初級(jí)放大電路 7 5 個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入 端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324 的引腳排列見圖 2。 圖 5 運(yùn)放引腳 圖 6 LM324 引腳接線 由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 顯示測(cè)量?jī)x表以集成芯片 (比如 ICL7107芯片 )集成顯示為主 ,或者進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換后 ,簡(jiǎn)單地用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示 ,單片機(jī)技術(shù)只是運(yùn)用于簡(jiǎn)單的顯示作用 .由于隨著計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在電工電子等教學(xué)設(shè)備的應(yīng)用 ,迫切要求教學(xué)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)符合計(jì)算機(jī)雙向控制的要求 ，我也采用 ICL7107 來(lái)構(gòu)成 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，引腳功能如圖 7 簡(jiǎn)介 ICL7107 是高性能、低功耗的三位半數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源和時(shí)鐘系統(tǒng)。 根據(jù)各個(gè) 引腳的功能，加上一些簡(jiǎn)單的元器件，連接成 A/D 數(shù)顯模塊，最右端連接四個(gè)七段顯示譯碼管，由下至上編號(hào) 1234，位數(shù)又低至高，顯示物體實(shí)際質(zhì)量。其中7107 集成塊時(shí)核心部件，用以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ICL7107 將通用性、高精度和低成本真正的結(jié)合在一起，又低于 10?? 的自動(dòng)校零功能，零漂小于 1?? /度。 圖 4 兩級(jí)放大電路 圖 7 ICL7107 引腳接線 8 ICL7107 特點(diǎn)： ① ICL7107 是 31/2 位雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器，屬于 CMoS 大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值為士 1999，最小分辨率為 100uV，轉(zhuǎn)換精度為 士 1 個(gè)字。 ② 能直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管，不需要另加驅(qū)動(dòng)器件，使整機(jī)線路簡(jiǎn)化，采用士 5V兩組電源供電，并將第 21 腳的 GND 接第 30 腳的 IN 。 ③ 在芯片內(nèi)部從 V+與 COM 之間有一個(gè)穩(wěn)定性很高的 基準(zhǔn)電源 ，通過電阻分壓器可獲得所需的基準(zhǔn) 電壓 VREF 。 ④ 能通過內(nèi)部的模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性顯示功能。 ⑤ 輸入阻抗高，對(duì)輸入信號(hào)無(wú)衰減作用。 ⑥ 整機(jī)組裝方便，無(wú)需外加有源器件，配上電阻、電容和 LED 共陽(yáng)極數(shù)碼管，就能構(gòu)成一只直流數(shù)字電壓表頭。 ⑦ 噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長(zhǎng)。 ⑧ 芯片本身功耗小于 15mw（不包括 LED）。 ⑨ 不設(shè)有一專門的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。使用時(shí)可將 LED 共陽(yáng)極數(shù)數(shù)碼管公共 陰 極接 V+。 表一 ICL7107 主要參數(shù) ： 電源電壓 ICL7107 V+ to GND 6V 溫度范圍 0℃ to 70℃ ICL7107 V to GND 9V 熱電阻 PDIP 封裝 qJA(℃/W) 50 MQFP 封裝 80 最高儲(chǔ)存溫度范圍 65℃ to 150℃ V + to V 最大結(jié)溫 150℃ 9 芯片的 正常與否 測(cè)試 （ 1） 關(guān)鍵點(diǎn)的電壓：芯片第一腳是供電，正確電壓是 DC5V 。第 36 腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是 100mV，第 26 引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的，在 － 3V 至 － 5V 都認(rèn)為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號(hào)輸入引腳，可以輸入 177。 的電壓。在一開始，可以把它接地，造成 “0”信號(hào)輸入，以方便測(cè)試。 （ 2） 注意芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，它們是 ,47K, 阻容網(wǎng)絡(luò)，這三個(gè)元件屬于芯片工作的積分網(wǎng)絡(luò)，不能使用磁片電容。芯片的 33 和 34 腳接的 104 電容也不能 使用磁片電容。 圖 9 A/D 轉(zhuǎn)換電路原理圖 圖 8 ICL7107 實(shí)物圖 10