基于電阻應(yīng)變式傳感器的電子秤的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-12 04:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須通過(guò)一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的 三運(yùn)放差分 放大器。它只需高精度 LM358 和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。 電阻應(yīng)變式 傳感器輸出信號(hào) 三運(yùn)放差分放大電路放大信號(hào) 顯示電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 8 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng) 的測(cè)量電路而最后顯示或記錄被測(cè)量值的變化。 在這里，我們用電阻應(yīng)變式傳感器作為測(cè)量電路的核心。并應(yīng)根據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度。 電阻應(yīng)變式傳感器簡(jiǎn)稱電阻應(yīng)變計(jì)。當(dāng)將電阻應(yīng)變計(jì)用特殊膠劑粘在被測(cè)構(gòu)件的表面上時(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(guò)相應(yīng)的二次儀表系統(tǒng)即可測(cè)得構(gòu)件的變形。通過(guò)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) 。 電子秤傳感器 的測(cè)量電路通常使用橋式測(cè)量電路，它將應(yīng)變電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，這就是傳感器輸出的電信號(hào)。電橋電路有四個(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(duì)角線接入工作電壓 U，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，或則就有電壓輸出，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。 測(cè)量電路是電子秤設(shè)計(jì)電路中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，在制作的過(guò)程中應(yīng)盡量選擇好元件，調(diào)整好測(cè)量的范圍的精確度，以避免減小測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。 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。 9 圖（ 2） 全橋測(cè)量電橋圖（ 其中 V0輸 出 為 0~2mv） 激勵(lì)電壓 : 9VDC～ 12VDC ； 靈敏度 : 2177。輸入阻抗 : 405177。10Ω ； 輸出阻抗 : 350177。3Ω 極限過(guò)載范圍 : 150% ； 安全過(guò)載范圍 : 120% 使用溫度范圍 : 20℃ ～ +60℃ 測(cè)量電橋 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。這里若考慮系統(tǒng)高穩(wěn)定性，可選用 TedeaHuntleigh 的 2kg 拉式稱重傳感器。 三運(yùn)放差分放大電路 本次課程設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)放大電路，我們將采用三運(yùn)放差分放大電路，主要的元件就是三運(yùn)放差分放大器。 在許多需要 用 A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集系統(tǒng)中， 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(guò)一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求， 在此 情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。 三運(yùn)放差分放大電路 只需高精度 LM358 和幾只電阻 10 器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。 放大器 所用芯片： LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用 單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。 圖（ 3）三運(yùn)放差分放大電路結(jié)構(gòu)圖 三運(yùn)放差分放大電路特點(diǎn)： 1)高輸入阻抗。被提取的信號(hào)是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱信號(hào)，為了減少信號(hào)源內(nèi)阻的影響，必須提高放大器輸入阻抗。 一般情況下，信號(hào)源的內(nèi)阻為 100kΩ，則放大器的輸入阻抗應(yīng)大于 1MΩ。 2)高共模抑制比 CMRR。信號(hào)工頻干擾以及所測(cè)量的參數(shù)以外的作用的 干擾，一般為共模干擾，前置級(jí)須采用 CMRR 高的差動(dòng)放大形式，能減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化。 3)低噪聲、低漂移。主要作用是對(duì)信號(hào)源的影響 小，拾取信 號(hào)的能力強(qiáng)，以及能夠使輸出穩(wěn)定。 放大器的第 I 級(jí)主要用來(lái)提高整個(gè)放大電路的輸入阻抗。第 II級(jí)采用差動(dòng)電路用以提高共模抑制比。電路中輸入級(jí)由 A A4 兩個(gè)同相輸入運(yùn)算放大器電路并聯(lián)，再與 A5差分輸入串聯(lián)的三運(yùn)放差動(dòng)放大電路構(gòu)成，其中 A A2是增加電路的輸入阻抗。電路優(yōu) 點(diǎn)：差模信號(hào)按差模增益放大，遠(yuǎn)高于共模成分（噪 11 聲）；決定增益的電阻理論上對(duì)共模抑制比 Kcmr 沒(méi)有影響，因此電阻的誤差不重要。 為 使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小， 傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)秤重、測(cè)力、轉(zhuǎn)矩及壓力測(cè)量系統(tǒng)時(shí)， 輸出的數(shù)據(jù)更精確 廣泛采用全橋接電阻傳 感器的方法。 本設(shè)計(jì)采用全橋測(cè)量電路。
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