应变片传感器的应用及电子秤的设技

应变片传感器的应用及电子秤的设技内容摘要：

＊本实验以金属箔式应变片为研究对象。 箔式应变片的 基本结构 金属 箔式 应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘 材料的基板上，粘贴直径为 左右 的金属丝或金属箔制成，如图 1— 1 所示。 (a) 丝式应变片 (b) 箔式应变片 图 1— 1 应变片结构图 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件， 与丝式应变片工作原理相同。 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： Δ R／ R＝ Kε 式中：Δ R／ R 为电阻丝电阻相对变化， K 为应变灵敏系数 ,ε =Δ L/L 为电阻丝长度相对变化。 5． ADC08O9 芯片介绍 ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道， 8 位逐次逼近 A/D数模转换器。 其内部有一个 8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信7 号，只宣通 8路模拟输入信号的一个进行 A/D 转换。 是目前国内外应用最广泛的8位通用 A/D 芯片。 5． ADC08O9 芯片主要特征 1）： 8 路输入通道， 8位 A/D转换器，即分辨率为 8位。 2）： 具有转换起停控制端。 3）： 转换时间为 100us（时钟为 640kHz 时）， 130us（时钟为 500kHz 时） 4）： 单个＋ 5V 电源供电 5）： 模拟输入电压范围 0～ 5V，不需零点和满刻度校准。 6）： 工作温度范围为－ 40～ +85 摄氏度 7）： 低功耗，约 15mw. 5． ADC0809 芯片内部原理图及端口示意图 图 芯片内部原理图 8 图 芯片端口示意图 测量电路 为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。 电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。 能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。 电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小、线性 、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍，性能最好。 因此，为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或全桥工作。 基本电路如图1— 2（ a）、（ b）、（ c） 所示。 9 （ a）单臂 （ b）半桥 （ c）全桥 图 1— 2 应变片测量电路 （ a）、单臂 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 设 R1＝ R5＝ R6＝ R7，且△ R1／ R1＝Δ R／ R＜＜ 1，Δ R／ R＝ Kε， K 为灵敏度系数。 则 Uo≈ (1／ 4)(△ R1／ R1)E＝ (1／ 4)(△ R／ R)E＝ (1／ 4)Kε E (b)、双臂 (半桥 ) 同理 :Uo≈ (1／ 2)(△ R／ R)E＝ (1／ 2)Kε E (C)、全桥 同理 :Uo≈ (△ R／ R)E＝ Kε E 箔式应变片 单臂电桥实验原理图 图 1— 3 应变片 单臂电桥性能实验原理图 图中 R R R7为 350Ω 固定电阻， R1 为应变片； RW1和 R8 组成电桥调平衡网络， E 为供桥电源177。 4V。 桥路输出电压 Uo≈ (1／ 4)(△ R4／ R4)E＝ (1／ 4)(△ R／ R)E＝ (1／ 4)Kε E。 差动放大器输出为 Vo。 10 实验测试电路 常用的称重传感器就是应用了箔式应变片及其全桥测量电路。 数字电子秤实验原理如图5— 1。 本实验只做放大器输出 Vo 实验，通过对电路的标定使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（ V）改为重量量纲（ g）即成为一台原始电子秤。 测试步骤 将托盘安装到传感器上，如图 1— 4 所示。 图 1— 4 传感器托盘安装示意图 实验模板中的差动放大器调零：按图 1— 6 示意接线，将主机箱上的电压表量程切换 开关切换到 2V 档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；调节放大器的增益电位器 RW3 合适位置 (先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转 1 圈 )后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。