传感器课设交直流电子称设计(共20页).docx

精选优质文档-----倾情为你奉上目录摘要 2引言 2第一章 基本原理 3第二章 直流电子称 32.1 电桥的选择 32.2 电路设计 42.2.1电桥电路 42.2.2差动放大器 52.2.3 反相比例放大电路 62.2.4测量电路 7第三章 电路调试 73.1 调零 73.1.1 作用 73.1.2步骤 73.2 调节增益 83.2.1 作用 83.2.2 步骤 83.3 数据测量 83.4 数据处理 93.4.1 计算线性度 93.4.2 计算迟滞回差 10第四章 交流电子称 114.1 电路设计 114.1.1 移相电路 114.1.2 相敏检波电路 124.1.3 低通滤波电路 124.1.4 总电路 134.2 电路调试 144.2.1 电桥调零 144.2.2 电路调节 144.3 数据测量 144.4 数据处理 154.4.1计算线性度 154.4.2 计算迟滞回差 16总结 18致谢 19参考文献 20摘要利用所学的应变片和电桥的相关知识，练习相关的实际情况，分别用直流供电与交流供电组成电子称的电路，运用差动放大电路、反相比例放大电路、移相电路、相敏检波电路和低通滤波电路等，使设计电路总输出电压与实际重量数值相等，完成传感器的设计制作。

关键词：应变片 电桥 交流信号处理 放大器引言随着技术的进步，由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、精准的测量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域但随着现代数据采集系统的不断发展，对高精度信号调理技术的要求也越来越高由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题因此，它的信号通常不能被控制元件直接接收这样一来，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且电路设计的优化程度直接关系到数据采集系统的精度和稳定性第一章 基本原理电阻丝在外力作用下产生机械变形时，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：∆RR=Kε，式中∆RR为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏度系数，ε=∆LL为电阻丝长度相对变化，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，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。

图 1.1 电子称传感器第二章 直流电子称2.1电桥的选择 （a） （b） （c）图 2.1 电桥电路（a）单臂式；（b）半桥式；（c）全桥式当电路中只有一个电阻应变片时（图a），为单臂电桥令R3位置为电阻应变片，则其阻值为R3+∆R3Uo=U6-U4=R3+∆R3R3+R4+∆R3-R1R1+R2Ui设 R1=R2=R3=R4=R，且 ∆R3R3=∆RR≪1，∆RR=Kε 则 Uo=(1/4)KεUi （2—1）同理，双臂电桥就是电路中有两个对称的电阻应变片（图b）， Uo=(1/2)KεUi （2—2）全桥电路是电路中四个全为电阻应变片（图c）， Uo=KεUi （2—3）可见，全桥电路可以提高灵敏度，增加线性度，故选择全桥接线方式2.2电路设计2.2.1电桥电路电桥电路如图3。

图 2.2 电桥电路直流电子称设计时，电路中电源两端接直流电源4V；交流电子称设计时，电路中电源两端其中一端接交流电源，另一端接地线图中R5为保护电阻，R6为差分输入调零端理论上当R6在中点时，由于接的两个正负电源两边压降相同，使得R5上没有电流流过但实际上由于干扰等缘故，需要调节R6使R5上电流为零2.2.2差动放大器图 2.3 差动放大器由于电路结构对称，他们的漂移和失调都有相互抵消的作用由于对称型，先算出U1的输出电压，同理可以算出U2的输出电压，有下式： U1o/U1i=R13/((R15+R7)/2 ) （2—4）则 U1o= R13/((R15+R7)/2)U1i （2—5）同理 U2o= R14/((R15+R7)/2)U2i=R13/((R15+R7)/2)U2i （2—6）则差动放大倍数为 Au1=R13/((R15+R7)/2) （2—7）Au1范围是-1.8～-20U3为差分输入比例放大电路，其放大倍数为 Au2=1 （2—8）所以总的放大倍数Au=Au1∙Au2，则其范围为-1.8～-20。

2.2.3 反相比例放大电路图 2.4 反相比例放大器由于放大倍数没有足够大，故在差动放大器后再接一个反相比例放大电路，使经过差放电路的电压增加并且能与电桥输出电压保持同相放大器反相端并接电容是为了消除高频干扰2.2.4测量电路图 2.5 直流测量电路第三章 电路调试3.1 调零3.1.1 作用电路中接近不同作用的滑动变阻器，目的是为了调节增益和调零但位置滑动变阻器阻值时，电子称传感器空载时很大可能其输出值不为零，故调零的作用是使电子称传感器空载时，输出值为零3.1.2步骤1.将万用表接在电桥电路输出端，万用表打在直流电压200mV档调节图5中R6电位器，使万用表显示为零电桥调零完毕2.将万用表接在差动放大器输出端口，万用表打在直流电压200mV档调节失调，使万用表显示为零差动放大器调零完毕3，将万用表接在总测量电路的输出端口，万用表打在直流电压200mV档调节图5中R8电位器，使万用表显示为零差动放大器调零完毕3.2 调节增益3.2.1 作用以上已经说明调零作用，是使空载时输出值为零调节增益作用与其基本相同，不同的是调节增益是使电子称传感器上放上砝码时，输出相应的电压值如：加入200g砝码，其电路输出电压为200mV。

3.2.2 步骤调节增益的步骤是在电路已经调零的基础上进行的，只有当电路已经调零完毕才可以调节增益1.将万用表接在总测量电路的输出端，万用表打在直流电压2V档，放上十个20g的砝码，调节图5中R7电位器，使万用表显示数值为0.22.拿掉所有砝码，若万用表显示值不为零，则调节图5中R29电位器，是万用表显示为零再放上200g砝码，若万用表显示不为0.2，调节R7电位器3.重复2步骤，直到电子称空载时输出值为零；加载200g砝码时输出值为0.2调节增益完毕已经制成电子称基本功能可以实现测量3.3数据测量测量方式采取正反行程测量，测量三次，取平均值测量数据如下表：重量表 1 直流电子称测量数据电压（mV） (g)020406080100120140160180200第一次加载0.719.239.459.579.799.7120.5140.5160.6180.7200.1去载0.120.140.260.380.3100.3120.4140.4160.6180.6200.7第二次加载0.120.240.260.480.5100.6120.6140.5160.5181.0201.0去载0.220.640.660.780.5100.8120.9140.7161.0180.9201.0第三次加载0.220.340.560.580.4100.3120.4140.7160.8180.9201.0去载0.320.440.660.780.7100.9120.8141.0160.8180.9201.03.4 数据处理3.4.1 计算线性度重量/g表 2 数据均值电压/mV020406080100120140160180200均值0.2720.1340.2560.3580.35100.43120.60140.63160.72180.83200.80根据表2绘制散点图，观察其线性情况，如下图：图 3.1 直流数据散点图拟合电压U和重量m的直线，设拟合直线为U=k∙m+b，用最小二乘法拟合直线。

i=010mi=m0+m1+m2+⋯+m10=1100gi=010Ui=U0+U1+U2+⋯+U10=1105.36mVi=010Ui∙mi=U0m0+U1m1+U2m2+⋯+U10m10=.4mV∙gi=010mi2=m02+m12+m22+⋯+m102=g2k=ni=010Uimi-i=010mi∙i=010Uini=010mi2-i=010mi2=11.4-11001105.3611-=1.003mVgb=i=010mi2i=010Ui-i=010mi∙i=010Ui∙mini=010mi2-i=010mi2=0.14mV则拟合直线为U=1.003m+0.14重量/g表 3 测量值理论值比较电压/mV020406080100120140160180200理论值0.1420.2040.2660.3280.38100.44120.50140.56160.62180.68200.74测量值0.2720.1340.2560.3580.35100.43120.60140.63160.72180.83200.80∆0.130.070.010.030.030.010.100.070.100.150.06由表可知，理论值与测量均值相差最大差值为0.15。

则线性度δL=∆maxUF.S100%=0.075%3.4.2 计算迟滞回差重量/g表 4 加载去载均值电压/mV020406080100120140160180200加载0.3319.9240.0360.1380.20100.20120.50140.57160.63180.87200.70去载0.2020.37。