传感器课程设计-称重传感器精选.doc

题 目 称重传感器 摘要 利用所学的应变片和电桥的相关知识，联系相关的实际情况，组成称重传感器的电路，运用多级放大电路显示输出，差动放大电路减小误差和漂移，使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 悬臂梁 电桥 运算放大器 差动放大器 目 录 一 、设计目的 1 二、设计任务与要求 2 2.1设计任务 2 2.2设计要求 2 三、设计步骤及原理分析 3 3.1设计方法 3 3.2设计步骤 5 3.3设计原理分析 7 四、课程设计小结与体会 11 五、参考文献 12 1. 设计目的： 1、 掌握电桥电路的应用； 2、 测试重量与双孔应变传感器产生的电压关系； 3、 熟悉传感器设计的步骤。将课堂学到的理论知识应用于实践。 2. 设计任务及要求 2.1设计任务 设计一个重力测试测试重仪，测试重量与双孔应变传感器产生的电压关系。掌握电桥电路的应用，放大器的工作原理，测出重力。 2.2设计要求 测量重量值与应变传感器产生的电压关系，称重传感器的设计原理，应变片的位置判断，放大器的设计调节，根据一系列的方法，较准确的测出重量。 3. 设计步骤及原理分析 3.1 设计方法 利用所学的应变片和电桥的相关知识，联系相关的实际情况，组成称重传感器的电路，运用多级放大电路显示输出，差动放大电路减小误差和漂移，使输出电压与实际重量数值相等，完成传感器的设计制作，根据所学知识及查找进行解决遇到的问题，如应变片位置的判断，零点的校正，放大倍数的设置等。 3.2 设计步骤 1、应变片位置的判断 此次选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，四个特性相同的应变片分别由四组导线连接出来，颜色分别为白，黑，红，蓝。注意（白蓝之间为输入信号的正级，白红之间为输出信号的正级） 如图设计电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。 因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。 如图（3）所示，当电路接入电源5V时，其输出为正的小信号（理论上应该为零，由于存在误差不为零），放上砝码时，输出信号在原有的基础上增大。能得出红蓝在悬臂梁的同侧，白黑在另一侧。由于输出信号为正，得出红蓝在悬臂梁上侧，白黑在下侧。公式如下： 图（3） 2、零点的校正 在设计过程中，没放砝码时就出现输出值，由于给定元件参数存在误差，使得理论输出为零的结构出现差异，造成测量结果不精确。故设计电路如图（4），电路输出端并联三个串接的电阻，其中有两个为固定电阻，一个滑变电阻器，滑变电阻器的抽头接为输入信号的正级（三个电阻的阻值均为50k），可调电阻中间的引脚接输出正级，就构成了零点校正原理图。在第一步中，输出不为零是因为**。再接入可调电阻后，调节可调电阻使电桥处于平衡状态。 图(4） 3、放大倍数的设置 查阅资料得出，单级放大电路方大很高倍数时，显示结果会发生跳变，所以用多级放大电路。根据所给器件，得出分两级放大。第一级放大倍数为10倍，第二级放大倍数为10倍，总的放大倍数为100倍。 （1）第一级放大器的设置如图（5） 查阅资料得出：由于差动放大电路具有很高的共模抑制比，因而广泛地应用于模拟集成电路中。一般温度变化引起的工作点不稳定、电路元器件参数误差造成的放大特性的变化等，都可以看作是一种共模信号，差动放大电路对上述变化有良好的适应性，能保持工作状态和放大特性有较高的稳定度。由于AD620本身处于集成状态，故而直接按照图（2）所示引脚接法连接电路图即可。选择放大倍数为十倍，查阅资料得出在1、8引脚之间接入499欧姆的电阻即可使AD620放大倍数为十倍。 图(5） （2）第二级放大器的设置如图（6） 由于第一级放大电路是单脚输出，所以用比例运算放大电路足够。即用LF356N作为第二级放大器，使LF356N放大倍数满足倍数放大十倍。 图(6） 4、传感器精确性的检验 根据以上设计出来的电路，连接号电路，当放上砝码100克时，显示器为100，此刻精确性很高。如有差距调节可调节最后的可调变阻器（按照设计方法做），直至较高的的精确性。 3.3设计原理分析 1.称重传感器设计原理 本课程设计选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，四个特性相同的应变片贴在如图（1）所示位置，弹性体的结构决定了R1 和R3、R2 和R4 的受力方向分别相同，因此将它们串接就形成差动电桥。当弹性体受力时，根据电桥的加减特