电子秤制作

项目2电子秤的制作——压力检测黄冈职业技术学院传感器应用项目2电子秤的制作电子秤的制作项目要求利用电阻应变式传感器制作一个电子称，测量范围为2kg,其分辨力为1克，测量精度0.5％RD±l字利用数码管显示测量值。项目2电子秤的制作项目目标知识目标：1、掌握电阻应变式传感器的结构、测量电路和工作原理2、掌握自感式传感器的结构、测量电路和工作原理能力目标：1、能利用电阻应变传感器实现压力等信号的检测2、能利用电感式传感器实现气体压力等信号的检测素质目标：1、培养耐心细致的工作态度和严谨扎实的工作作风2、培养团结协作的合作精神项目2电子秤的制作项目内容知识点：1、电阻应变式传感器测量压力2、电感式传感器测量压力电路组装与调试考核拓展训练项目2电子秤的制作一、应变式传感器概述工作原理：将被测量的变化转换成电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。优点：结构简单、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高和测量速度快等应用：广泛航空、机械、电力、化工、建筑、医学等许多领域，常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等知识点1电阻应变式式传感器物理量电量项目2电子秤的制作二、电阻应变片的种类与结构知识点1电阻应变式式传感器1．丝式应变片：结构如下图所示。2、箔式应变片：如左图所示，箔材厚度多为0.001-0.01mm。3.薄膜应变片3、薄膜应变片：采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形状的敏感栅。项目2电子秤的制作一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：三、电阻的应变效应电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应。知识点1电阻应变式式传感器当电阻丝受到拉力F作用时，引起电阻值变化量为SlR1、应变效应项目2电子秤的制作轴应变量径向应变量由，得所以则:知识点1电阻应变式式传感器dSdSldlRdR由上面2式相除得项目2电子秤的制作由于得令知识点1电阻应变式式传感器最终可得：项目2电子秤的制作2、弹性敏感元件根据弹性元件结构形式（柱形、筒形、环形、梁式、轮辐式）和受载性质（拉、压、弯曲、剪切等）的不同，它们可分为许多种类。（1)柱式弹性元件（2）薄壁圆筒（3）悬臂梁弹性圆柱薄壁圆筒受力分析等截面悬臂梁等强度悬臂梁知识点1电阻应变式式传感器项目2电子秤的制作知识点2电感式传感器一、自感式传感器1、基本变间隙自感式传感器结构如下图所示。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气间隙长度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化。项目2电子秤的制作线圈的电感设传感器的初始间隙长度为δ0，面积为So，线性化处理后的电感相对增量为电感相对增量灵敏度K为为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变间隙式电感传感器。mRNL200LL01/0LLK知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作2、差动变间隙式传感器如图所示为差动变间隙式电感传感器的结构原理图。知识点2电感式传感器差动形式输出的总电感变化量近似为电感相对变化量为则电感相对增量灵敏度K为结论：①差动式比单线圈式的灵敏度高一倍；②差动式的线性度得到明显改善。项目2电子秤的制作3、螺管型电感式传感器如图所示为螺管型电感式传感器的结构图。螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也随之变化，线圈电感量的大小与衔铁位置有关，线圈的电感量L与衔铁进入线圈的长度x保持线性关系。知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作(1)交流变压器式电桥u0z2z1u/2u/2上一页返回下一页4、测量电路知识点2电感式传感器输出空载电压2121121022ZZZZuuZZZuua、初始平衡状态，Z1=Z2=Z,u0=0b、衔铁偏离中间零点时，、ZZZZZZΔΔ21)/(Δ)2/(0ZZuuc、传感器衔铁移动方向相反时，、ZZZZZZΔΔ21)/(Δ)2/(0ZZuu项目2电子秤的制作（2）谐振电路谐振电路如下图所示。图（a）中Z为传感器线圈，e为激励电源。若谐振电路中激励源的频率为f，则可确定其工作在谐振曲线A点。这种电路灵敏度很高，但非线性严重，常与单线圈自感式传感器配合，用于测量范围小或线性度要求不高的场合。知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作（3）调频电路传感器自感变化将引起输出电压频率的变化GCLf特点：灵敏度很高，但线性差，适用于线性要求不高的场合Lf0LCf2/1知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作1、螺线管式传感器的结构与工作原理二、互感式传感器---差动变压器LPRS2LS1M1M2LS2RS1RP～～～iU0U螺线管式差动变压器等效电路差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路：知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作当次级开路时，初级绕组的交流电流为：PPiPLjRUI..次级绕组的感应电动势为：.P.IMjU11.P.IMjU22由于次级绕组反向串接，故差动变压器输出电压为.210PPiLjRUMMjU知识点2电感式传感器其有效值为22210PPiLRUMMU项目2电子秤的制作①铁芯处于中间位置时，M1=M2=M，U0=0②铁芯上升时，M1=M+ΔM，M2=M-ΔMLRMUUPPi2202③铁芯下降时，M1=M-ΔM，M2=M+ΔMLRMUUPPi2202与U1同极性与U2同极性知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作零点残余电压：0Ｕ０xＵＺ当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。知识点2电感式传感器零点残余电压产生原因：①基波分量②高次谐波消除零点残余电压方法：①设计和工艺上保证结构对称性②选用合适的测量线路③采用补偿线路项目2电子秤的制作2、变间隙式差动变压器传感器如图所示为变间隙式差动变压器传感器原理图，它具有灵敏度较高的优点，但测量范围小，一般用于测量几微米到几百微米的位移。II型差动变压器的输出特性为知识点2电感式传感器II型差动变压器的灵敏度表达式为项目2电子秤的制作3、差动变压器的测量电路（1）差动整流电路全波差动整流电路无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，整流电路的输出电压U0始终等于R1、R2两个电阻上的电压差。hgdcghdcUUUUU0知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作全波差动整流电路电压波形结论：铁芯在零位以上或零位以下时，输出电压的极性相反，零点残存电压自动抵消。知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作图中比较电压Ｕ２和Ｕ１同频，经过移相器使Ｕ２和Ｕ１保持同相或反相，且满足Ｕ２＞＞Ｕ１。（2）相敏检波电路知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作负半周时L2RRui1L1RRui2同理可知i１=i２，i０=i１－i２=０知识点2电感式传感器从中心抽头，正半周时LRRui14L3RRui2u1=u２，故i３=i４。i０=i４－i３=０项目2电子秤的制作当衔铁在零位以上时，位移x（t）0，Ｕ１与Ｕ２同频同相。正半周时LRReui214L2RReui23故i４＞i３，流经RL的电流为i０=i４－i３＞０知识点2电感式传感器负半周时L121RReuiL112RReui故i１＞i２，流经RL的电流为i０=i１－i２＞０项目2电子秤的制作Ｕ２正半周Ｕ１负半周LRReui214L2RReui23故i４＜i３。流经RL的电流为i０=i４－i３＜０当衔铁在零位以下时，位移x（t）＜0，Ｕ１与Ｕ２同频反相。知识点2电感式传感器Ｕ２负半周Ｕ１正半周L121RReuiL112RReuii１＜i２。流经RL的电流为i０=i１－i２＜０项目2电子秤的制作结论：①衔铁在中间位置时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上的输出电压始终为0。②衔铁在零位以上移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为正。③衔铁在零位以下移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为负。由此可见，该电路能判别铁芯移动的方向。知识点2电感式传感器项目2电子秤的制作电路组装与调试1、整体设计框架及原理图项目2电子秤的制作2、各部分电路设计（1）电阻应变式传感器的测量电路常用的桥式测量电路如图。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。项目2电子秤的制作（2）放大电路典型的差动放大器如下图所示，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。项目2电子秤的制作（3）A/D转换电路项目2电子秤的制作（4）显示电路项目2电子秤的制作3、电路调试（1）首先在秤体自然下垂已无负载时调整RP1，使显示器准确显示零。（2）再调整Rp2，使秤体承担满量程重量（本电路选满量程为2千克）时显示满量程值。（调节Rp2衰减比）（3）然后在秤钩下悬挂1千克的标准砝码，观察显示器是否显示1.000，如有偏差，可调整RP3值，使之准确显示1.000。（4）重新进行2、3步骤，使之均满足要求为止。（5）最后测量RP2、RP3电阻值，并用固定精密电阻予以代替。RP1可引出表外调整。测量前先调整RP1，使显示器回零。项目2电子秤的制作拓展训练：请选用电感式传感器制作电子称。