基于电阻应变式传感器的电子秤的设计

基于电阻应变式传感器的电子秤的设计内容摘要：

数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足 A/D 转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。 仪表仪器放大器的选型很多，我们这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，就是典型的 三运放差分 放大器。 它只需高精度 LM358 和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。 广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。 电阻应变式 传感器输出信号 三运放差分放大电路放大信号 显示电路 A/D 转换电路 8 2 系统设计 传感器 电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应 的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。 在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。 并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。 电阻应变式传感器简称电阻应变计。 当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。 通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数。 电子秤传感器 的测量电路通常使用桥式测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压或电流的变化，这就是传感器输出的电信号。 电桥电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压 U，另一个对角线为输出电压 Uo。 其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。 测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。 电阻应变片的电阻变化范围 为 — 欧姆。 所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。 桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压 E，另一个对角线为输出电压 Uo。 其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。 9 图（ 2） 全桥测量电桥图（ 其中 V0输 出 为 0~2mv） 激励电压 : 9VDC～ 12VDC ； 灵敏度 : 2177。 输入阻抗 : 405177。 10Ω ； 输出阻抗 : 350177。 3Ω 极限过载范围 : 150% ； 安全过载范围 : 120% 使用温度范围 : 20℃ ～ +60℃ 测量电桥 由箔式电阻应变片电阻 R R R R4 组成测量电桥，测量电桥的电源由稳压电源 E供给。 物体的重量不同，电桥不平衡程度不同，指针式电表指示的数值也不同。 滑动式线性可变电阻器 RP1 作为物体重量弹性应变的传感器，组成零调整电路，当载荷为 0时，调节 RP1 使数码显示屏显示零。 这里若考虑系统高稳定性，可选用 TedeaHuntleigh 的 2kg 拉式称重传感器。 三运放差分放大电路 本次课程设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放差分放大电路，主要的元件就是三运放差分放大器。 在许多需要 用 A/D 转换和数字采集系统中， 多数 情况下，传 感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足 A/D 转换器对输入信号电平的要求， 在此 情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。 三运放差分放大电路 只需高精度 LM358 和几只电阻 10 器，即可构成性能优越的仪表用放大器。 广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。 放大器 所用芯片： LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用 单电源供电的使用运算放大器的场合。 图（ 3）三运放差分放大电路结构图 三运放差分放大电路特点： 1)高输入阻抗。 被提取的信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，必须提高放大器输入阻抗。 一般情况下，信号源的内阻为 100kΩ，则放大器的输入阻抗应大于 1MΩ。 2)高共模抑制比 CMRR。 信号工频干扰以及所测量的参数以外的作用的 干扰，一般为共模干扰，前置级须采用 CMRR 高的差动放大形式，能减少共模干扰向差模干扰转化。 3)低噪声、低漂移。 主要作用是对信号源的影响 小，拾取信 号的能力强，以及能够使输出稳定。 放大器的第 I 级主要用来提高整个放大电路的输入阻抗。 第 II级采用差动电路用以提高共模抑制比。 电路中输入级由 A A4 两个同相输入运算放大器电路并联，再与 A5差分输入串联的三运放差动放大电路构成，其中 A A2是增加电路的输入阻抗。 电路优 点：差模信号按差模增益放大，远高于共模成分（噪 11 声）；决定增益的电阻理论上对共模抑制比 Kcmr 没有影响，因此电阻的误差不重要。 为 使系统产生的误差更小， 传统上，设计秤重、测力、转矩及压力测量系统时， 输出的数据更精确 广泛采用全桥接电阻传 感器的方法。 本设计采用全桥测量电路。