【正文】 。 、 彈性體的選用 ： 電阻應(yīng)變片能把感受到的力轉(zhuǎn)換為電阻變化，再通過測量電路把電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。 ε = （ 3Q（ 1+μ） /2Eb） *（ B（ H2h2） +bh2） / （ B（ H3h3） +bh3） （ 29） 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。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。 設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場（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)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 在材料力學(xué)中 ΔL/L 稱作為應(yīng)變，記作 ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便 常常把它的百萬分之一作為單位，記作 με。把式（ 2—4）（ 2—5）代入（ 23），有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（ 1 + 2μ（ Δρ/ρ） /（ ΔL/L）） *ΔL/L = K *ΔL/L （ 26） 其中 K = 1 + 2μ +（ Δρ/ρ） /（ ΔL/L） （２ ７） 式（ 26））說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。我們有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （ 2—2） 用式（ 21）去除式（ 22）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （ 2—3） 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 （ 2—4） 從材料力學(xué)我們知道 Δr/r = μΔL/L （ 2—5） 其中，負(fù)號表示伸長時，半徑方向是縮小的。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作 Δρ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為 R： R = ρL/S（ Ω） （ 2—1） 當(dāng)他的兩端受 F 力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。我們來介紹一下它的意義。 由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分 所以在設(shè)計(jì)完電路要對各種原件的特性進(jìn)行了解和論證下面就RP3 14 對電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路逐一介紹： 、 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。 、 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器電路 結(jié)構(gòu) 常見 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式有積分式和非積分式兩類（如逐次逼近比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器），雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器的基本組成如圖，它由積分器、比較器、邏輯控制電路、閘門電路、計(jì)數(shù)器及時鐘脈沖源等電路所組成。 、 ICL7107雙積分型的 A／ D轉(zhuǎn)換器 的 特點(diǎn) 7 段譯碼信號 直接 驅(qū)動 LED c. 位十進(jìn)制 A/D 轉(zhuǎn)換器 、 雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器 結(jié)構(gòu) 常見 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式有積分式和非積分式兩類（如逐次逼近比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器），雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器的基本組成 電路結(jié)構(gòu)組成 工作過程 1． 積分器 2． 檢零比較器 3． 時鐘脈沖控制門 4． 計(jì)數(shù)器和定時器 1．采樣過程： T1=2nTc 對被測電壓定時間積分，與 Vi 平均值相關(guān) 2．積分比較階段 對基準(zhǔn)電壓回積分（定值積分） 3．休止階段 電容放電，積分器歸零 12 7107 在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、而 7107 直接驅(qū)動 LED（發(fā)光二極管）。 本設(shè)計(jì)中差動放大電路結(jié)構(gòu)圖如下： 推導(dǎo)過程： I=721RVV ii ? Vo=(R8+R7+R8)I =(1+782RR )Vi， 則 Avf=1+782RR 放大電路與 ICL7107 的連線示意圖如下 A1 ∞ A2 ∞ R8 R8 R7 Vo Vi Vi1 Vi2 I 11 、 A/D 轉(zhuǎn)換 ： A/D 轉(zhuǎn)換的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。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。 在許多需要 用 A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系 統(tǒng)中， 多數(shù) 情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平 ?要求， 在此 情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器?；瑒邮骄€性可變電阻器 RP1作為物體重量彈性應(yīng)變的傳感器，組成 10 零調(diào)整電路，當(dāng)載荷為 0 時，調(diào)節(jié) RP1使數(shù)碼顯示屏顯示零。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈 敏檢流計(jì)來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化測量電橋如圖： R5R6R1R3R2R4R p 1E 它由箔式電阻應(yīng)變片電阻 R R R R4組成測量電橋，測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 E 供給。所以測量電路應(yīng)當(dāng)能精確測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量電路。當(dāng)將電阻應(yīng)變計(jì)用特殊膠劑粘在被測構(gòu)件的表面上時，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)而通過相應(yīng)的二次儀表系統(tǒng) 即可測得構(gòu)件的變形。并應(yīng)根據(jù)測量對象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度。 具體方案如下： 圖 21 電子秤的原理框圖 稱重傳感器輸出信號 放大 顯示電路 （ LED） A/D 轉(zhuǎn)換 電阻應(yīng)變式傳感器輸出信號 差動放大電路放大信號 顯示電路 （ LED） A/D 轉(zhuǎn)換電路（雙積分） CPU 顯示電路 （ LED） 9 、 單元電路的具體設(shè)計(jì) 、 測量電路 ： 電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換 阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng)的測量電路而最后顯示或記錄被測量值的變化。 其次，由 A/D 轉(zhuǎn)換電路把由差動放大器電路把傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，然后送 A/D 轉(zhuǎn)換電路中?？傮w控制要考慮環(huán)境、所稱重物體對電路的影響，在確保計(jì)量準(zhǔn)確的情況下能夠提高稱重效率?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的傳感器來設(shè)計(jì)，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性。 7 總體規(guī)劃 對于電阻應(yīng)變式力傳感器制作的數(shù)顯電子秤主要有 四 個方面 : 一、 電路由測量電橋， 二、 差動放大電路， 三、 A/D 轉(zhuǎn)換電路， 四、 顯示電路組成 。 傳感器選用 E350－ ZAA 箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為 350O，它具有粘合情況好、散熱能力較強(qiáng)、輸出功率較大、靈敏度高等。 （ 5）數(shù)碼顯示管要具有顯示清晰、性能穩(wěn)定、使用壽命長、價格低廉。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)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的 K 值一般在 — 之間；其次 K 值是一個無因次量 。 （ 2） 為滿足稱重傳感器小型化、微型化的要求，特別是電子秤用能耗小、發(fā)熱低、穩(wěn)定性好的 力 傳感器用大阻值應(yīng)變計(jì)需要 具有： 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、準(zhǔn)確度高、頻率響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、工作壽命長、幾乎不用維修等特點(diǎn) 。 5 目錄 摘要 ................................................................................................................................. 3 引言 ................................................................................................................................. 4 目錄 ................................................................................................................................. 5 系統(tǒng)要求 .......................................................................................................................... 6 總體規(guī)劃 .......................................................................................................................... 7 設(shè)計(jì)內(nèi)容及總體方案 ................................................................................................... 8 、要求 ......................................................................................................................... 9 、單元電路的具體設(shè)計(jì) .............................................................................................. 10 、測量電路 ............................................................................................................. 10 、電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理 ........................................