電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)(數(shù)字電子秤)-文庫吧
2025-05-16 12:20 本頁面
【正文】 電子秤均由以下三部分組成：(1) 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。(2) 稱重傳感器 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號所用的一種輔助手段。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要?。荒茉谳^差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。(3) 測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。數(shù)字電子秤與普通秤的區(qū)別即是將物體的重量通過數(shù)字直接在LED數(shù)碼管或液晶顯示器上顯示出來。因此，首先需要傳感器將重量值轉(zhuǎn)化成電壓信號或電流信號，而一般經(jīng)傳感器產(chǎn)生的電壓信號或電流信號都是比較微弱的，需經(jīng)放大電路進(jìn)行放大。放大后的電壓或電流信號均屬于模擬信號，要通過數(shù)碼管或液晶顯示器顯示，必須變成數(shù)字信號，因此，放大電路后再接一A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以便于數(shù)碼顯示。方案一：通過傳感器產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)放大電路把信號放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由于此芯片可直接用于數(shù)字顯示，故轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量直接用數(shù)碼顯示器進(jìn)行顯示即可。而量程切換通過修改放大系統(tǒng)的增益實(shí)現(xiàn)。原理方框圖如圖1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（傳感器）放大系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換顯示切換量程圖1方案二：通過傳感器產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)放大電路把信號放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入單片機(jī)由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和對A/D轉(zhuǎn)換的控制，再由單片機(jī)輸出顯示信號，通過顯示電路進(jìn)行顯示。自動(dòng)換擋功能通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。該方案的原理方框圖如圖2所示。傳感器放大系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)顯示自動(dòng)換擋電路圖2方案一的優(yōu)點(diǎn)是外部電路非常簡單，且同時(shí)能實(shí)現(xiàn)較高的精度。缺點(diǎn)是無法對A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制。方案二可控制性好，電路簡單，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大且存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量有限。而單片機(jī)需要編寫程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，較復(fù)雜。因此，基于簡單原則、本專業(yè)尚未學(xué)單片機(jī)的原因，設(shè)計(jì)總體方案采用方案一。該方案主要包括四個(gè)模塊：傳感器模塊、放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼顯示模塊。二、 單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 稱重傳感器的基本原理稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關(guān)系一般為線性關(guān)系。稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋。傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。應(yīng)變片式電阻傳感器是以應(yīng)變片為傳感器元件, 它具精度高，測量范圍廣。使用壽命長, 性能穩(wěn)定可靠。 結(jié)構(gòu)簡單、 尺寸小、 重量輕, 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn). 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng),即導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí), 它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化. 電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測物的質(zhì)量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)相應(yīng)的電橋電路轉(zhuǎn)換為被測物質(zhì)量值相對應(yīng)的電壓信號。電阻應(yīng)變式傳感器由感壓裝置、電阻應(yīng)變片和惠更斯電橋電路三部分組成，應(yīng)變片式電阻傳感器應(yīng)用很廣. 本設(shè)計(jì)采用SP20CG501電阻應(yīng)變式傳感器，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單、 靈敏度高。,它在未受力時(shí)的原始電阻值為 電阻絲在外力的作用下, 將引起電阻的相對變化為 , 電阻的相對變化與應(yīng)變成正比, 可通過電阻或電壓的變化測應(yīng)變,從而測量重量.本設(shè)計(jì)中采用的是電阻絲應(yīng)變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用。電阻應(yīng)變式傳感器安裝示意圖如圖3圖3應(yīng)變式傳感器安裝示意圖電阻應(yīng)變片也會(huì)有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以測量時(shí)我們一定要注意，其中溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是：(1) 電阻絲溫度系數(shù)引起的。(2) 電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。對于因溫度變化對橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片，并從外部對它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過線性補(bǔ)償，也可得到改善。滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 稱重傳感器的測量電路常規(guī)的電阻應(yīng)變片K值很小，約為2，—，所以，—。所以測量電路應(yīng)當(dāng)能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中最常用的是橋式測量電路。它將應(yīng)變阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，這就是可用的輸出信號。橋式測量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對角線接入工作電壓Ui，另一個(gè)對角線為輸出電壓Uo。其特點(diǎn)是：
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