【文章內(nèi)容簡介】 量 電量 線性對應(yīng) 傳感器 圖 6 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(shè)計過程采用的是直流激勵，故應(yīng)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(luò)的選擇 電橋平衡網(wǎng)絡(luò)采用 CSY 傳感器實驗儀左下角的電橋單元，使用時可自由調(diào)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(chǎn)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(shè)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(guān)重要的，它關(guān)系到傳感器能否正常的工作，關(guān)系到傳感器的安全和使用壽命，乃至關(guān)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 ； 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(yīng)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，秤體有幾圖 電橋平衡網(wǎng)絡(luò) 7 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(jié)合秤就應(yīng)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(chǎn)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(zhǔn)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(yīng)變式、電容式、壓磁式、壓電式、諧振式等。 1. 電阻應(yīng)變式稱重傳感器：是把電阻應(yīng)變計粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當(dāng)方式組成電橋的一種將力（重量）轉(zhuǎn)換成電信號的轉(zhuǎn)換元件。 2. 電容式稱重傳感器：是把被稱物體重量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)雜等原因，直接影響到它的可 靠性，所以限制了它的應(yīng)用。近些年來由于集成電路特別是微處理技術(shù)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(shù)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(shù)中的應(yīng)用又得到了重視，在國內(nèi)已出現(xiàn)了可與電阻應(yīng)變式傳感器電子秤準(zhǔn)確度相比的電容式臺秤和電容式吊秤等產(chǎn)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(zhuǎn)換的無源傳感器。它的工作原理是利用壓磁效應(yīng)，將被稱重量的變化變換成傳感器導(dǎo)磁體的導(dǎo)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(zhǔn)確度的影響小、能在惡劣的環(huán)境中工作、結(jié)構(gòu)簡單便于加工等優(yōu)點。缺點是準(zhǔn)確度低、反應(yīng)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(chǎn)生頻率變化現(xiàn)象而形成的 8 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(shù)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(fù)合音叉振子傳感器。 稱重傳感器的主要性能指標(biāo)： 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(yīng)輸出電壓之間并非成完全的線性關(guān)系，由此而造成的誤差稱為傳感器的非線性誤差。 3. 不重復(fù)性 在同一環(huán)境條件下，對傳感器反復(fù)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(fù)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(shè)計內(nèi)容，霍爾式傳感器單元如 圖 所示 ，圖 為其實物圖。 圖 霍爾傳感器單元 9 差動放大器的選擇 放大電路的主要性能指標(biāo)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(biāo)，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(nèi)看去的等效電阻，它等于放大電路輸出端接實際負(fù)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(shè)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 10 最終方案的確定 經(jīng)過上述的思考與論證，決定設(shè)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(luò)、差動放大 器、電壓表均按要求采用 CSY 傳感器實驗儀上相應(yīng)的單元。 圖 F/V表 11 第四章 硬件設(shè)計 硬件設(shè)計概要 硬件 電路設(shè)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(diào)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(dāng)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(fù)值，即與位移相對應(yīng)，且與位移在一定程度上呈線性關(guān)系；輸出的霍爾電勢經(jīng)差動放