虚拟称重仪实验虚拟称重仪实验.doc

虚拟称重仪设计实验报告 实 验 报 告 学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间： 一、实验室名称：虚拟仪器实验室 二、实验项目名称：压力测量和虚拟称重仪设计实验 三、实验学时：学时 四、实验原理： 硬件部分： 1. 虚拟电子称重仪总体方案设计 虚拟电子称重仪的称重模块的硬件由称重传感器、放大器和A/D转换器等组成，其原理框图如图1所示。称重传感器完成重量到电压的变换，被变换的电压经适当放大后，由A/D转换器实现模/数转换，其转换的输出量是计算机能够接受的数字信号。虚拟称重仪是建立在数字化和计算机化的基础上的。 图1 虚拟电子称重仪原理框图 2.称重传感器的工作原理及变换关系。 图2 实验中使用的称重传感器结构 称重传感器利用应变测力原理，通过弹性元件将力以形变的形式传递给应变片。本实验使用的压力测量传感器结构如图2所示，它是一种典型复合悬臂梁结构，双连孔弯曲梁作为弹性元件。在弹性元件上粘上一组应变片形组成应变电桥，四片应变片分别粘贴在梁的上、下两表面上，可组成全桥电路，如图3所示。当载荷W作用时，弹性体受力发生形变，受拉伸，阻值增加；受压缩，阻值减小，电桥因桥臂电阻的变化而失去平衡，输出与荷重成正比的电压信号,其输出电压与重力W的关系为： 式中为重力传感器的转换系数， 其单位为mV/Kg。 本实验中重力传感器的量程G是5Kg，灵敏度系数约为1mV/V，桥压U为10V。 图3 全桥电路 称重仪的误差。 电子称重仪误差模型如图所示。由于环境的间接影响可使电子称重仪的三类变换部件的传输系数产生变化（等），以及由于环境因素的直接影响，作用于每类部件上的无用量为（称重传感器输出的零位及其温度漂移等）、(放大器输入的失调电压及漂移等)、（A/D转换器输入的零位及漂移等），它们最终都会影响输出量N。 图4 电子称重仪的误差模型 3. 压力传感器测量放大电路设计与原理 压力传感器采用10V桥压，传感器输出灵敏度为1mV/V，则满量程输出10mV,本实验A/D采用12位双积分A/D转换器7109，其输入范围±4.096V，为达到A/D输入范围，要求整个放大电路总增益应为330倍左右（考虑10%的超量程能力）。所以可采用典型的三运放仪器放大器，选择适当增益电阻，完成称重传感器的放大调理。 4. A/D转换电路 A/D转换器完成被测量由模拟到数字的转换，即数字化功能，它是称重仪实现数字化测量的基础，是构成虚拟电子称重仪必需具备的最基本、最核心的功能。双积分式A/D转换器具有精度高，电路简单，抗干扰性能好，成本低廉等特点，其转换速率完全可满足称重仪的要求。本实验采用ILC7109双积分A/D转换器进行实现。 5. 计算机接口控制电路 在本实验中，ILC7109 A/D转换器转换成的数字信号通过一个25 芯的EPP并行接口将数据传输至计算机进行处理。EPP接口所使用的协议是一种与标准并行口兼容且能完成双向数据传输的协议。 软件部分： 利用LabVIEW图形化软件开发环境， 实现虚拟电子秤设计。 四、实验目的： 通过介绍压力传感器和虚拟称重仪工作原理及性能指标，要求在掌握工作原理的基础上，完成总体设计方案、部分硬件电路设计和连线；要求掌握LabVIEW软件的基本设计方法，包括仪器的功能界面设计、程序流程图设计、子程序设计；完成虚拟称重仪的软硬件联调、测试、校准。 五、实验内容： 1. 实验内容、技术指标设计实验方案，分析工作原理，计算电路参数； 2. 了解压力传感器的输输出灵敏度、零点不平衡输出、输入电阻、输出电阻、非线性、重复性等技术指标。 3.. 在LabVIEW开发平台上实现要求的虚拟电子秤设计： (1)、测量范围：0～5Kg，精度±0.5％ （2）、计算机表盘指针显示和数字显示重量，有日期和时间显示。 （3）、可扣除零点。 4. 对设计好的虚拟电子秤进行测试，记录测试数据和处理分析； 5. 撰写实验报告。 六、实验器材： 1．SJ-8002B电子测量实验箱 1台 2．EPP接口线。 1根 3．计算机(具有运行windows2000和图形化控件的能力) 1台 4. 标准砝码1kg 5个 5. 称重传感器（灵敏度系数1mv/v，线性0.1%，重复性0.1% ） 1个 6. 放大电路板