應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用及電子秤的設(shè)技(編輯修改稿)
2024-12-09 01:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ＊本實驗以金屬箔式應(yīng)變片為研究對象。 箔式應(yīng)變片的 基本結(jié)構(gòu) 金屬 箔式 應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣 材料的基板上，粘貼直徑為 左右 的金屬絲或金屬箔制成，如圖 1— 1 所示。 (a) 絲式應(yīng)變片 (b) 箔式應(yīng)變片 圖 1— 1 應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖 金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件， 與絲式應(yīng)變片工作原理相同。 電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： Δ R／ R＝ Kε 式中：Δ R／ R 為電阻絲電阻相對變化， K 為應(yīng)變靈敏系數(shù) ,ε =Δ L/L 為電阻絲長度相對變化。 5． ADC08O9 芯片介紹 ADC0809 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近 A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個 8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信7 號，只宣通 8路模擬輸入信號的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的8位通用 A/D 芯片。 5． ADC08O9 芯片主要特征 1）： 8 路輸入通道， 8位 A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8位。 2）： 具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3）： 轉(zhuǎn)換時間為 100us（時鐘為 640kHz 時）， 130us（時鐘為 500kHz 時） 4）： 單個＋ 5V 電源供電 5）： 模擬輸入電壓范圍 0～ 5V，不需零點和滿刻度校準。 6）： 工作溫度范圍為－ 40～ +85 攝氏度 7）： 低功耗，約 15mw. 5． ADC0809 芯片內(nèi)部原理圖及端口示意圖 圖 芯片內(nèi)部原理圖 8 圖 芯片端口示意圖 測量電路 為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實現(xiàn)溫度補償?shù)葍?yōu)點。能較好地滿足各種應(yīng)變測量要求，因此在應(yīng)變測量中得到了廣泛的應(yīng)用。 電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號最小、線性 、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時的輸出是單臂時的四倍，性能最好。因此，為了得到較大的輸出電壓信號一般都采用雙臂或全橋工作?；倦娐啡鐖D1— 2（ a）、（ b）、（ c） 所示。 9 （ a）單臂 （ b）半橋 （ c）全橋 圖 1— 2 應(yīng)變片測量電路 （ a）、單臂 Uo＝ U①－ U③ ＝〔 (R1＋△ R1)／ (R1＋△ R1＋ R5)－ R7／ (R7＋ R6)〕 E ＝｛〔（ R7＋ R6）（ R1＋△ R1）－ R7（ R5＋ R1＋△ R1）〕／〔 （ R5＋ R1＋△ R1）（ R7＋ R6）〕｝ E 設(shè) R1＝ R5＝ R6＝ R7，且△ R1／ R1＝Δ R／ R＜＜ 1，Δ R／ R＝ Kε， K 為靈敏度系數(shù) 。 則 Uo≈ (1／ 4)(△ R1／ R1)E＝ (1／ 4)(△ R／ R)E＝ (1／ 4)Kε E (b)、雙臂 (半橋 ) 同理 :Uo≈ (1／ 2)(△ R／ R)E＝ (1／ 2)Kε E (C)、全橋 同理 :Uo≈ (△ R／ R)E＝ Kε E 箔式應(yīng)變片 單臂電橋?qū)嶒炘韴D 圖 1— 3 應(yīng)變片 單臂電橋性能實驗原理圖 圖中 R R R7為 350Ω 固定電阻， R1 為應(yīng)變片； RW1和 R8 組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)， E 為供橋電源177。 4V。橋路輸出電壓 Uo≈ (1／ 4)(△ R4／ R4)E＝ (1／ 4)(△ R／ R)E＝ (1／ 4)Kε E 。差動放大器輸出為 Vo。 10 實驗測試電路 常用的稱重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測量電路。 數(shù)字電子秤實驗原理如圖5— 1。本實驗只做放大器輸出 Vo 實驗，通過對電路的標定使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值，電壓量綱（ V）改為重量量綱（ g）即成為一臺原始電子秤。 測試步驟 將托盤安裝到傳感器上，如圖 1— 4 所示。 圖 1— 4 傳感器托盤安裝示意圖 實驗?zāi)０逯械牟顒臃糯笃髡{(diào)零：按圖 1— 6 示意接線，將主機箱上的電壓表量程切換 開關(guān)切換到 2V 檔，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器 RW3 合適位置 (先順時針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時針回轉(zhuǎn) 1 圈 )后，再調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。
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