【正文】 ，采樣頻率通常取fs=(35)fi(max) 已能滿足要求。圖2. 2 采樣波形 采樣保持電路 圖2. 3所示的是一個(gè)實(shí)際的采樣保持電路 ，圖中 A 1 、 A 2 是兩個(gè)運(yùn)算放大器， S 是模擬開關(guān)， L 是控制 S 狀態(tài)的邏輯單元電路。采樣時(shí)令 u L =1 ， S 隨之閉合。 A 1 、 A 2 接成單位增益的電壓跟隨器，故uo=uo39。=u i。同時(shí)uo39。通過 R 2 對外接電容 C h 充電，使 u ch =u i 。因電壓跟隨器的輸出電阻十分小，故對 C h 充電很快結(jié)束。當(dāng) u L =0 時(shí)，S斷開，采樣結(jié)束，由于u ch 無放電通路，其上電壓值 基本不變，故使 u o 得以將采樣所得結(jié)果保持下來。 圖中還有一個(gè)由二極管 D 1 、 D 2 組成的保護(hù)電路。在沒有 D 1 和 D 2 的情況下，如果在 S 再次接通以前 u i 變化了，則uo39。的變化可能很大，以致于使 A 1 的輸出進(jìn)入非線性區(qū)，uo39。與u i不再保持線性關(guān)系，并使開關(guān)電路有可能承受過高的電壓。接入 D 1 和 D 2 以后，當(dāng)uo39。比uo所保持的電壓高出一個(gè)二極管的正向壓降時(shí)， D 1 將導(dǎo)通，uo39。被鉗位于u i+ U D1 。這里的 U D1 表示二極管 D 1 的正向?qū)▔航怠．?dāng)uo39。比uo低一個(gè)二極管的壓降時(shí)，將uo39。鉗位于u i U D2 。在 S 接通的情況下，因?yàn)閡o39。uo，所以 D 1 和 D 2 都不導(dǎo)通，保護(hù)電路不起作用。 圖2. 3 采樣保持電路 量化與編碼 為了使采樣得到的離散的模擬量與 n 位二進(jìn)制碼的2n 個(gè)數(shù)字量一一對應(yīng)，還必須將采樣后離散的模擬量歸并到2n個(gè)離散電平中的某一個(gè)電平上，這樣的一個(gè)過程稱之為 量化 。 量化后的值再按數(shù)制要求進(jìn)行 編碼 ，以作為轉(zhuǎn)換完成后輸出的數(shù)字代碼。量化和編碼是所有 AD 轉(zhuǎn)換器不可缺少的核心部分之一。 數(shù)字信號(hào)具有在時(shí)間上離散和幅度上斷續(xù)變化的特點(diǎn)。這就是說，在進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換時(shí)，任何一個(gè)被采樣的模擬量只能表示成某個(gè)規(guī)定最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，所取的最小數(shù)量單位叫做 量化單位 ，用△表示。若數(shù)字信號(hào)最低有效位用 LSB 表示， 1LSB 所代表的數(shù)量大小就等于△，即模擬量量化后的一個(gè)最小分度值。把量化的結(jié)果用二進(jìn)制碼，或是其他數(shù)制的代碼表示出來，稱為編碼 。這些代碼就是 AD 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定是△的整數(shù)倍，在數(shù)值上只能取接近的整數(shù)倍，因而量化過程不可避免地會(huì)引入誤差。這種誤差稱為 量化誤差 。A/D 轉(zhuǎn)換器的分類 按轉(zhuǎn)換過程，AD 轉(zhuǎn)換器可大致分為直接型 AD 轉(zhuǎn)換器和間接 AD 轉(zhuǎn)換器。直接型 AD 轉(zhuǎn)換器能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過中間變量。常用的電路有并行比較型和反饋比較型兩種。 間接 AD 轉(zhuǎn)換器是把待轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓先轉(zhuǎn)換為一個(gè)中間變量，例如時(shí)間 T 或頻率 F ，然后再對中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 AD 轉(zhuǎn)換器的大致分類如圖2. 4所示。 圖2. 4 轉(zhuǎn)換器 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換時(shí)間 l AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度 在單片 AD 轉(zhuǎn)換器中，也用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。分辨率是指引起輸出二進(jìn)制數(shù)字量最低有效位變動(dòng)一個(gè)數(shù)碼時(shí)，輸入模擬量的最小變化量。小于此最小變化量的輸入模擬電壓，將不會(huì)引起輸出數(shù)字量的變化。也就是說， AD 轉(zhuǎn)換器的分辨率，實(shí)際上反映了它對輸入模擬量微小變化的分辨能力。顯然，它與輸出的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)有關(guān)，輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)越多，分辨率越小，分辨能力越高。但超出了 AD 轉(zhuǎn)換器分辨率的極限值，再增加位數(shù)，也不會(huì)提高分辨率。 轉(zhuǎn)換誤差通常以相對誤差的形式給出，它表示 AD 轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量與理想輸出的數(shù)字量之間的差別，并用最低有效位 LSB 的倍數(shù)來表示。 l 轉(zhuǎn)換時(shí)間 表示完成一次從模擬量到數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，它反映了 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。例如，逐次比較型的 AD0801 ～ 0803 、 0808 ～ 0809 的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs ； AD571 為 25μs ； AD574 為 35μs ； AD578 為 μs 。雙積分 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在幾十至一、二百毫秒。 本系統(tǒng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇根據(jù)以上各項(xiàng)指標(biāo)和本系統(tǒng)實(shí)際需求，可選擇主芯片ARM7上自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器，直接把輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際所需的數(shù)字信號(hào)。 檢測模塊—稱重傳感器 準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性是稱重傳感器的重要質(zhì)量指標(biāo)，是廣大用戶最關(guān)心的三大問題，同時(shí)也是我國稱重傳感器與工業(yè)發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相比較的主要差距。其中穩(wěn)定性是基礎(chǔ)，沒有穩(wěn)定性談何稱量準(zhǔn)確度和工作可靠性。在稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評(píng)價(jià)方法上，新舊國標(biāo)有質(zhì)的差異。傳統(tǒng)概念上，負(fù)荷傳感器是稱重傳感器、測力傳感器的統(tǒng)稱，用單項(xiàng)參數(shù)評(píng)價(jià)它的計(jì)量特性。舊國標(biāo)將應(yīng)用對象和使用環(huán)境條件完全不同的“稱重”和“測力”兩種傳感器合二為一來考慮，對試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法未給予區(qū)分。舊國標(biāo)共有21項(xiàng)指標(biāo)，均在常溫下進(jìn)行試驗(yàn)；并用非線性、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項(xiàng)指標(biāo)中的最大誤差，來確定稱重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)，、......。 衡器上使用的一種力傳感器。它能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的輸出信號(hào)?？紤]到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對轉(zhuǎn)換的影響，稱重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。在各種衡器和質(zhì)量計(jì)量系統(tǒng)中，通常用綜合誤差帶來綜合控制傳感器準(zhǔn)確度，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯(lián)系起來，以便選用對應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的稱重傳感器。國際法制計(jì)量組織(OIML)規(guī)定，傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70％，稱重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶δ。這就允許制造廠對構(gòu)成計(jì)量總誤差的各個(gè)分量進(jìn)行調(diào)整，從而獲得期望的準(zhǔn)確度。 稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類，以電阻應(yīng)變式使用最廣。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理：電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理，彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過程。 由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡要論述。 電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。 設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí)，它的電阻值為R： R=ρL/S（Ω）（24） 當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí)，將會(huì)伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會(huì)有所改變，記作Δρ。 對式（24）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有： ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2 （25） 用式（24）去除式（25）得到 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S （26） 另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S=πr2，則Δs=2πr*Δr，所以 ΔS/S=2Δr/r （27） 從材料力學(xué)我們知道: Δr/r=μΔL/L （28） 其中，負(fù)號(hào)表示伸長時(shí)，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式（27）（28）代入（26），有 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L =（1+2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L =K*ΔL/L （29） 其中 K=1+2μ+（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （210） 式（29）說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。 需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，—；其次K值是一個(gè)無因次量，即它沒有量綱。在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便 常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。這樣，式（29）常寫作： ΔR/R=Kε (211) 彈性體 彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。 設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。 肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式，而不再推導(dǎo)。 ε=（3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2h2）+bh2）/（B（H3h3）+bh3） （212） 其中：Q截面上的剪力；E揚(yáng)氏模量：μ—泊松系數(shù)；B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。 需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。 檢測電路 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 其具體原理如下：惠斯登電橋原理圖1中，接通電源，調(diào)節(jié)電橋平衡，即調(diào)節(jié)電橋四個(gè)“臂”RRRRx，當(dāng)檢流計(jì)G的指針指零，B、D兩點(diǎn)電位相等，則有 式稱為比率k。，，1, 10，100，1000七檔。根據(jù)待測電阻Rx大小選擇K，調(diào)節(jié)R3使檢流計(jì)G為零，由Rx = KR3 求出待測電阻Rx值。電流計(jì)G 的 B、D兩點(diǎn)電位 由上式看出，當(dāng)R1R3 = R2Rx時(shí)，電流計(jì)G 的 B、D兩點(diǎn)電位差Uo=0，電橋處于平衡，這就是惠斯登電橋。 因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 綜上所述，由于全橋式等臂電橋靈敏度很高，而且抗干擾能力很強(qiáng)，結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際情況和運(yùn)行所需，本系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式全橋電路來檢測皮帶上的重量信號(hào)。 調(diào)節(jié)模塊—可控硅（SCR）符號(hào)簡化與實(shí)物如圖2. 5所示：圖2. 5 符號(hào)簡化與實(shí)物圖 圖2. 6 可控硅等效模型、電路 可控硅是可控硅整流元件的簡稱,如圖2. 6所示，是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,，還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。 晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。 從晶閘管的內(nèi)部分析工作過程： 晶閘管是四層三端器件，它有JJJ3三個(gè)PN結(jié)，可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN型三極管的復(fù)合管。 當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時(shí)，為使晶閘管導(dǎo)銅，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。每個(gè)晶體管的集電極電流同時(shí)就是另一個(gè)晶體管的基極電流。因此，兩個(gè)互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流流入時(shí)，就會(huì)形成強(qiáng)烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。 當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，晶閘管的陽極電