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用悬臂梁式称重传感器设计一个电子天平
1.设计思路
本实验采用悬臂梁式称重传感器,所称物体产生的压力由称重传感器检测,并由传感器
测量电路转化为相应的模拟电信号输出。称重传感器输出的模拟量,数值一般很小,达不到
A/D转换接收的电压范围。所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。然
后输出信号再经由A/D转换电路转化为相应的数字量。由于本实验采用的ICL7107是3位半
双积分型A/D转换器,能直接驱动共阳极LED数码管,故不需要使用单片机进行相应的数
据处理和转换,ICL7107将模拟量转换为数字量之后直接将其转化成七段LED显示所需的字
型码,输入到相应的信号电极就实现了所称物重数字量的输出。
2.设计方案
将电阻丝应变片粘贴到悬臂梁上合适的位置,并接入全桥测量电路,相对的桥臂受力相
同,相邻的桥臂受力相反,其中一对受拉力作用,另一对受压力作用。由于电阻丝在外力作
用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,从而引起电压发生变化,即电桥的输出电压反映
了相应的受力状态。利用电桥传感器测应力的变化,可以间接的测量物体的质量。传感器测
出的信号经过放大电路放大处理成为符合A/D输入范围的电信号后进入A/D转换器,最后通
过芯片内部电路将转换后的数字量转化为LED可识别的七段字型码送交LED显示器显示。
压力测量仪的原理在该称重系统的设计中有着极大的应用。其大概的原理框图主要由以
下五个部分组成:传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等组成。
其原理框图如图1所示:
传感器放大系A/D转换显示器
传感器供电电
图1压力测量仪组成框图
2.1称重式传感器
选择合适的满足要求的传感器是实验成功的关键,本实验选择CZL-1R称重传感器,其
量程为3.0Kg,而要求的量程是0~1.999Kg,可见该传感器的超载能力为:150%,在一定
范围内的超载情况下具有保护作用;灵敏度:1mV/V;温度灵敏度漂移:0.002%℃;输入阻抗:
405±15Ω,输出阻抗:350±15Ω;激励电压:10V;工作温度范围:-20~+60℃。
1
2.2传感器测量电路
称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路,它将应变电阻值的变化转换为电压的变
化,这就是可用的输出信号。电桥电路由四个电阻组成,如图2所示:桥臂电阻R,R,R
123
和R,其中两对角点AC接电源电压U10V,另两个对角点BD为桥路的输出U,桥臂
4SC
SL
电阻为应变电阻。
图2传感器电桥测量电路
没有外界压力作用时,电桥平衡,则测量对角线上的输出U为零。当传感器受到外界
SC
物体重量影响时,电桥的桥臂阻值发生变化,电桥失去平衡,则测量对角线上有输出,即
U
0。
SC
2.3传感器供电电源
参考图2,设四个桥臂的初始电阻相等且均为R,当有重力作用时,两个桥臂电阻增加
△R,而另外两个桥臂的电阻减少,减小量也为△R。由于温度变化影响使每个桥臂电阻均变
化△RT。这里假设△R远小于R,并且电桥负载电阻为无穷大,则电桥的输出为:
USC=E*(R+△R+△RT)/(R-△R+△RT+R+△R+△RT)-E*(R-△R+△RT)/(R+△R+△RT
+R-
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