【文章內容簡介】 各電路單元或部件的選擇 直流穩(wěn)壓電源的選擇 直流穩(wěn)壓電源可直接從 CSY 傳感器實驗儀獲得，由于此設計過程采用的是直流激勵，故應將直流穩(wěn)壓電源置 +2V檔且激勵電壓不能過大，以免損壞霍爾片 電橋平衡網(wǎng)絡的選擇 電橋平衡網(wǎng)絡采用 CSY 傳感器實驗儀左下角的電橋單元，使用時可自由調節(jié)電位繼 W1,如圖 所示。 稱重傳感器的選擇 稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產生的誤差約占電子秤整機誤差的 50%70%。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在人們設計電子秤時，正確地選用稱重傳感器非常重要。 稱重傳感器的選擇主要從以下幾個方面考慮： 1. 要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境情況； 傳感器所處的工作環(huán)境情況對如何選用傳感器是至關重要的，它關系到傳感器能否正常的工作，關系到傳感器的安全和使 用壽命，乃至關系到整個電子秤的可靠性和安全性。 2. 對傳感器數(shù)量和量程的選擇； 圖 電橋平衡網(wǎng)絡 傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子秤的用途、秤體需要支撐的點數(shù)（支撐點數(shù)應根據(jù)使秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定）而定。一般來說，秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器，但是對于一些特殊的秤體，如電子吊秤，就只能采用一個傳感器，一些機電結合秤就應根據(jù)實際情況來確定選用傳感器的個數(shù)。 傳感器量程的選擇是依據(jù)秤的最大秤量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定傳感器的量程。一般來說，傳感器的量程越接近分配到 每個傳感的載荷，其稱量的準確度就越高，但在實際使用時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷的存在，因此在選用傳感器量程的時候，要考慮諸如多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。 稱重傳感器的種類很多，根據(jù)工作原理來分常用的有以下幾種： 電阻應變式、電容式、壓磁式、壓電式、諧振式等。 1. 電阻應變式稱重傳感器：是把電阻應變計粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當方式組成電橋的一種將力（重量）轉換成電信號的轉換元件。 2. 電容式稱重傳感器：是把被稱物體重量轉換為電容器容量變 化的一種傳感器，它是以各種不同類型的電容量作為轉換元件，實際是一個具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器由于它存在輸出特性的非線性、寄生電容和分布電容對靈敏度和稱重精度的影響、傳感器聯(lián)接電路比較復雜等原因，直接影響到它的可靠性，所以限制了它的應用。近些年來由于集成電路特別是微處理技術的發(fā)展，可將電子線路緊靠傳感器的極板以減小電纜分布電容的影響，并可利用微處理技術對電容式傳感器的溫度特性和非線性進行補償，所以電容式傳感器在電子稱重技術中的應用又得到了重視，在國內已出現(xiàn)了可與電阻應變式傳感器電子秤準確度相比的電容式 臺秤和電容式吊秤等產品。 3. 壓磁式稱重傳感器：也稱磁彈性傳感器，它是一種力 —— 電轉換的無源傳感器。它的工作原理是利用壓磁效應，將被稱重量的變化變換成傳感器導磁體的導磁率變化并輸出電信號。壓磁傳感器具有輸出信號大、抗干擾性能好、過載能力強、不均勻載荷對測量準確度的影響小、能在惡劣的環(huán)境中工作、結構簡單便于加工等優(yōu)點。缺點是準確度低、反應速度慢。它常用于冶金、礦山、運輸?shù)裙I(yè)部門的承受大噸位，并要求牢固可靠、安全報警等測力或稱重場合。 4. 諧振式稱重傳感器：也稱頻率式傳感器，它是利用機械振子的固有頻率或石 英晶體的諧振特性，隨著被稱物體重量的變化而產生頻率變化現(xiàn)象而形成的一種傳感器。諧振式傳感器可分為振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶體諧振式等多種類型。在稱重技術中主要采用的是振弦式稱重傳感器和振梁式稱重傳感器類的一種復合音叉振子傳感器。 稱重傳感器的主要性能指標： 1. 傳感器的輸出靈敏度 傳感器在額定載荷作用下，供橋電壓為 1V 時的輸出電壓，單位為（ mV/V）。在任一載荷下，傳感器的輸出電壓 =所加載荷供橋電壓輸出靈敏度 /額定載荷。 2. 非線性 傳感器承受載荷與其相應輸出電壓之間并非成完全的線性關系，由此 而造成的誤差稱為傳感器的非線性誤差。 3. 不重復性 在同一環(huán)境條件下，對傳感器反復施加某載荷時，其每次輸出的電壓值不盡相同，這種現(xiàn)象稱為傳感器的不重復性。 4. 零點不平衡輸出 在傳感器不受任何載荷條件下，傳感器輸入端以額定的供橋電壓時的輸出電壓，稱為零點不平衡輸出。 綜合對上述的了解以及自己做實驗的親身體驗，最終決定采用霍爾式傳感器完成此設計內容，霍爾式傳感器單元如圖 所示， 圖 霍爾傳感器單元 差動放大器的選擇 放大電路的主要性能指標有放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等，其中放大倍數(shù) 是衡量放大電路放大能力的指標，有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù)；輸入電阻是從輸入端向放大電路內看去的等效電阻，它等于放大電路輸出端接實際負載電阻后，輸入電壓與輸入電流之比；放大電路的輸出端可等效為一個信號源。 在此設計中可利用傳感器試驗儀上的差動放大器單元，如圖 所示。 F/V表的選擇 此 F/V 表是顯示差動放大器輸出的電壓值，可直接用實驗儀上的數(shù)字式電壓/頻率表即（ F/V 表）： 3位半顯示，電壓范圍 02V， 020V，頻率范圍 3Hz2KHz、10Hz20KHz，靈敏度≥ 50mV,如圖 所示。 圖 霍爾傳感器實物圖 圖 差動放大器單元 最終方案的確定 經過上述的思考與論證，決定設計的最終方案如下： 1. 稱重傳感器選霍爾式傳感器； 2. 電源部分、電橋平衡網(wǎng)絡、差動放大器、電壓表均按要求采用 CSY 傳感器實驗儀上相應的單元。 硬件設計概要 硬件電路設計原理說明及電路圖 原理說明：在直流穩(wěn)壓電源的激勵下，首先調整電位繼 W1 使電壓表示數(shù)為零，以補償不等位電勢（不考慮溫度誤差的影響）；當有重物放在振動平臺正中央且 霍爾元件通過恒定電流時，霍爾元件會在梯度磁場中向下移動時，輸出的 霍爾電勢Ｖ也為負值，即與位移相對應，且與位移在一定程度上呈線性關系；輸出的霍爾電勢經差動放大器放大顯示在 F/V 表上，經過多次實驗可得出被測物體重量與電壓表示數(shù)的關系，從而通過看放未知重物時的電壓表示數(shù)可迅速得到其重量。電子秤原理圖如圖 示。 圖 F/V 表 +2V 2V W1 r 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 + — V 電橋平衡網(wǎng)絡 霍爾式傳感器 差動放大器 電壓表 硬件電路設計的步驟 1. 旋鈕初始位置 ： 1) 差動放大器：增益旋至最小 2) F/V 數(shù)顯表：置于 2V 檔 3) 直流穩(wěn)壓電源：置于177。 2V 檔 4) 主副電源關閉 2. 了解霍爾式傳感器的 結構及實驗儀上的安裝位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號（霍爾片安裝在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器）。 3. 開啟主副電源將差動放大器增益調至最小位置調零后，關閉主副電源，拆除差動放大器調零接線。 4. 差動放大器增益調至最小位置調零后，不再改變調零電位繼的位置。 5. 調節(jié)測微頭脫離平臺并遠離振動臺。 6. 按圖 1 接線，開啟主副電源，調 W1電位繼使系統(tǒng)電壓輸出為零。 7. 在稱重平臺上放上砝碼，填入表 中。 W(g) 0 20 40 60 80 100 120 140 V(mv) 0 40 83 124 165 203 238 265 表 VW 關系表 圖 電子秤原理圖