【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 新舊國(guó)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(cè)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(guó)標(biāo)將應(yīng)用對(duì)象和使用環(huán)境條件完全不同的“稱重”和“測(cè)力”兩種傳感器合二為一來(lái)考慮，對(duì)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法未給予區(qū)分。舊國(guó)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(lái)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(cè)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)。考慮到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對(duì)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(lái)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(lái)，以便選用對(duì)應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的稱重傳感器。國(guó)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(duì)靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過(guò)誤差帶δ。這就允許制造廠對(duì)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（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)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(guò)程。 由此可見(jiàn)，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)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(jiǎn)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(lái)介紹一下它的意義。 設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)，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(zhǎng)，也就是說(shuō)產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長(zhǎng)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(duì)式（24）求全微分，即求出電阻絲伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(shuō)明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對(duì)變化）和電阻絲伸長(zhǎng)率（長(zhǎng)度相對(duì)變化）之間的關(guān)系。 需要說(shuō)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(wú)關(guān)，—；其次K值是一個(gè)無(wú)因次量，即它沒(méi)有量綱。在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變，記作ε，用它來(lái)表示彈性往往顯得太大，很不方便 常常把它的百萬(wàn)分之一作為單位，記作με。這樣，式（29）常寫(xiě)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(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)（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(lái)介紹一下其中的應(yīng)力分布。 設(shè)有一帶有肓孔的長(zhǎng)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(shuō)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(cè)電路 檢測(cè)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(wèn)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(cè)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(cè)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(lái)檢測(cè)皮帶上的重量信號(hào)。 調(diào)節(jié)模塊—可控硅（SCR）符號(hào)簡(jiǎn)化與實(shí)物如圖2. 5所示：圖2. 5 符號(hào)簡(jiǎn)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(jiǎn)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(wú)觸點(diǎn)開(kāi)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(zhēng)相采用的元件。 晶閘管T在工作過(guò)程中，它的陽(yáng)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(mén)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(guò)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(yáng)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(mén)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(yáng)極電壓，而門(mén)極未受電壓的情況下，晶閘管的陽(yáng)極電流Ia≈Ic0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管在正向陽(yáng)極電壓下，從門(mén)極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點(diǎn)流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過(guò)PNP管的發(fā)射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強(qiáng)烈的正反饋過(guò)程迅速進(jìn)行。這時(shí)，流過(guò)晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。 在晶閘管導(dǎo)通后，即使此時(shí)門(mén)極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來(lái)的陽(yáng)極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通后，門(mén)極已失去作用。在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽(yáng)極電流Ia減小到維持電流IH以下時(shí)，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。綜上所述，本系統(tǒng)所用可控硅選擇常用的S1612NH。 主控模塊—LPC213X LPC2131/2132/2134/2136/2138微控制器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMIS CPU，并帶有32kB、64kB、128kB、256kB和512kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。 較小的封裝和很低的功耗使LPC2131/2132/2134/2136/2138特別適用于訪問(wèn)控制和POS機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和8/16/32kB的片內(nèi)SRAM，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem、語(yǔ)音識(shí)別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)或2個(gè)10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個(gè)GPIO以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)。其特性如下：l 16/32位ARM7TDMIS核，超小LQFP64封裝。l 8/16/32kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和32/64/128/256/512kB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器， 128位寬度接口/加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60MHz工作頻率。 l 通過(guò)片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程/在應(yīng)用編程(ISP/IAP)。單個(gè)Flash扇區(qū)或整片擦除時(shí)間為400ms。256字節(jié)行編程時(shí)間為1ms。l EmbeddedICE RT和嵌入式跟蹤接口通過(guò)片內(nèi)RealMonitor軟件對(duì)代碼進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試和高速跟蹤。l 1個(gè)(LPC2131/32)或2個(gè)(LPC2134/36/38)8路10位的A/D轉(zhuǎn)換器，共提供16路模擬輸入。l 1個(gè)10位的D/A轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生不同的模擬輸出。l 2個(gè)32位定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器(帶4路捕獲和4路比較通道)、PWM單元(6路輸出)和看門(mén)狗。l 低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有獨(dú)立的電源和特定的32kHz時(shí)鐘輸入。l 向量中斷控制器。可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址。l 小型的LQFP64封裝上包含多達(dá)47個(gè)通用I/O口(可承受5V電壓)。l 多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。l 通過(guò)片內(nèi)PLL(100us的設(shè)置時(shí)間)可實(shí)現(xiàn)最大為60MHz的 CPU操作頻率。l 片內(nèi)集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為1～30 MHz，與外部振蕩器的操作頻率范圍高達(dá)50MHz。l 多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2個(gè)高速I2C總線（400kbit/s）、 SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變功能的SSP。l 低功耗模式：空閑和掉電。l 可通過(guò)個(gè)別使能/禁止外部功能和外圍時(shí)鐘分頻來(lái)優(yōu)化功耗。l 通過(guò)外部中斷或BOD將處理器從掉電模式中喚醒。l 單電源，具有上電復(fù)位(POR)和掉電檢測(cè)(BOD)電路，CPU操作電壓范圍：~ (177。10%)，I/O口可承受5V的電壓。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用廣州周立功單片機(jī)有限公司的LPC2131微處理器，它不但性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、傳輸精確，而且功能強(qiáng)大，有強(qiáng)大的拓展空間，便于系統(tǒng)的拓展與功能升級(jí)，而沒(méi)有選擇單片機(jī)。 本章首先介紹了配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：精確、高效、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化程度高。而實(shí)際稱量配料系統(tǒng)中，高效和精確往往是相互矛盾的。一般配料系統(tǒng)對(duì)稱量配料過(guò)程的生產(chǎn)率都有規(guī)定，在給定的生產(chǎn)率前提下，使配料精度達(dá)到要求即可。在隨后的章節(jié)中，不但全面闡述了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路和方案，而且詳細(xì)論證了本系統(tǒng)各個(gè)模塊的參數(shù)要求，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際需求和現(xiàn)有條件，最終通過(guò)比較得出最佳實(shí)施方案。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)以LPC2131微控制器為核心，對(duì)皮帶料重，過(guò)零點(diǎn)等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)運(yùn)算比較，控制可控硅觸發(fā)等相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。整個(gè)電路系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：過(guò)零檢測(cè)電路：檢