课程设计---基于霍尔式传感器的电子秤设计

课程设计---基于霍尔式传感器的电子秤设计内容摘要：

量 电量 线性对应 传感器 图 6 各电路单元或部件的 选择 直流稳压电源的选择 直流稳压电源可直接从 CSY 传感器实验仪获得， 由于此设计过程采用的是直流激励，故应将直流稳压电源置 +2V 档且激励电压不能过大，以免损坏霍尔片 电桥平衡网络的选择 电桥平衡网络采用 CSY 传感器实验仪左下角的电桥单元，使用时可自由调节电位继 W1,如图 所示。 称重传感器的选择 称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。 通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的 50%70%。 若在环境恶劣的条件下（如高低温、 湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。 称重传感器的选择主要从以下几个方面考虑： 1. 要考虑传感器所处的实际工作环境情况 ； 传感器所处的工作环境情况对如何选用传感器是至关重要的，它关系到传感器能否正常的工作，关系到传感器的安全和使用寿命，乃至关系到整个电子秤的可靠性和安全性。 2. 对传感器数量和量程的选择 ； 传感器数量的选择是根据电子秤的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。 一般来说，秤体有几图 电桥平衡网络 7 个支撑点就选用几只传 感器，但是对于一些特殊的秤体，如电子吊秤，就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。 传感器量程的选择是依据秤的最大秤量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定传感器的量程。 一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感的载荷，其称量的准确度就越高，但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷的存在，因此在选用传感器量程的时候，要考虑诸如多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。 称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种： 电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。 1. 电阻应变式称重传感器：是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的转换元件。 2. 电容式称重传感器：是把被称物体重量转换为电容器容量变化的一种传感器，它是以各种不同类型的电容量作为转换元件，实际是一个具有可变参数的电容器。 电容式传感器由于它存在输出特性的非线性、寄生电容和分布电容对灵敏度和称重精度的影响、传感器联接电路比较复杂等原因，直接影响到它的可 靠性，所以限制了它的应用。 近些年来由于集成电路特别是微处理技术的发展，可将电子线路紧靠传感器的极板以减小电缆分布电容的影响，并可利用微处理技术对电容式传感器的温度特性和非线性进行补偿，所以电容式传感器在电子称重技术中的应用又得到了重视，在国内已出现了可与电阻应变式传感器电子秤准确度相比的电容式台秤和电容式吊秤等产品。 3. 压磁式称重传感器：也称磁弹性传感器，它是一种力 —— 电转换的无源传感器。 它的工作原理是利用压磁效应，将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。 压磁传感器具有输出信号大、抗 干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷对测量准确度的影响小、能在恶劣的环境中工作、结构简单便于加工等优点。 缺点是准确度低、反应速度慢。 它常用于冶金、矿山、运输等工业部门的承受大吨位，并要求牢固可靠、安全报警等测力或称重场合。 4. 谐振式称重传感器：也称频率式传感器，它是利用机械振子的固有频率或石英晶体的谐振特性，随着被称物体重量的变化而产生频率变化现象而形成的 8 一种传感器。 谐振式传感器可分为振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶体谐振式等多种类型。 在称重技术中主要采用的是振弦式称重传感器和振梁式称重传感器类 的一种复合音叉振子传感器。 称重传感器的主要性能指标： 1. 传感器的输出灵敏度 传感器在额定载荷作用下，供桥电压为 1V 时的输出电压，单位为（ mV/V）。 在任一载荷下，传感器的输出电压 =所加载荷供桥电压输出灵敏度 /额定载荷。 2. 非线性 传感器承受载荷与其相应输出电压之间并非成完全的线性关系，由此而造成的误差称为传感器的非线性误差。 3. 不重复性 在同一环境条件下，对传感器反复施加某载荷时，其每次输出的电压值不尽相同，这种现象称为传感器的不重复性。 4. 零点不平衡输出 在传感器不受任何载荷条件下，传感器输入端以额定的 供桥电压时的输出电压，称为零点不平衡输出。 综合对上述的了解以及自己做实验的亲身 体 验，最终决定采用霍尔式传感器完成此设计内容，霍尔式传感器单元如 图 所示 ，图 为其实物图。 图 霍尔传感器单元 9 差动放大器的选择 放大电路的主要性能指标有放大倍数、输入电阻、输出电阻等，其中放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数；输入电阻是从输入端向放大电路内看去的等效电阻，它等于放大电路输出端接实际负载电阻后，输入电压与输入电流之比；放大电路的 输出端可等效为一个信号源。 在此设计中可利用传感器试验仪上的差动放大器单元，如图 所示。 F/V表的选择 此 F/V 表是显示差动放大器输出的电压值，可直接用实验仪上的数字式电压/频率表即（ F/V 表）： 3 位半显示，电压范围 02V， 020V，频率范围 3Hz2KHz、10Hz20KHz，灵敏度≥ 50mV,如图 所示。 图 霍尔传感器实物图 图 差动放大器单元 10 最终方案的确定 经过上述的思考与论证，决定设计的最终方案如下： 1. 称重传感器选霍尔式传感器； 2. 电源部分、电桥平衡网络、差动放大 器、电压表均按要求采用 CSY 传感器实验仪上相应的单元。 图 F/V表 11 第四章 硬件设计 硬件设计概要 硬件 电路设计 原理说明及电路图 原理说明： 在直流稳压电源的激励下，首先调整电位继 W1 使电压表示数为零，以补偿不等位电势（不考虑温度误差的影响）；当有重物放在振动平台正中央且 霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件会在梯度磁场中向下移动时，输出的霍尔电势Ｖ也为负值，即与位移相对应，且与位移在一定程度上呈线性关系；输出的霍尔电势经差动放。