电子称实验报告

学 生 实 验 报 告（理工类）课程名称： 检测技术 专业班级： 14电气（2） 学生学号： 学生姓名： 所属院部： 机电工程学院 指导教师： 吴 敏 20 16 20 17 学年 第 一 学期 金陵科技学院教务处制实验项目名称： 电子秤实验 实验学时： 4 同组学生姓名： 实验地点： c204 实验日期： 12.25 实验成绩： 批改教师： 吴 敏 批改时间： 一、实验目的1、掌握金属箔式应变片组成的称重传感器的正确使用方法，了解称重传感器的工作原理及其在电子秤中的应用。2、通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。二、实验设计要求1、设计一个电子秤，量程为0 1.999Kg：（1）传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁上贴有应变片）；（2）传感器检测电路中不使用单片机。2、安装、调试电路，需要对电路进行调零、定标。注意：在进行电桥调零之前需要先进行差动放大器调零。3、写出总结报告。报告中应包括在调试过程中遇到的问题、改进方法及总结体会等。三、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，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：式中：为电阻丝电阻相对变化；为应变灵敏系数；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组件。如图1所示，将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 图1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图 传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁上贴有应变片）是微型高精度称重悬臂梁压力传感器，实物如下图所示：图2 称重传感器 安装这种传感器需要的支架实物如下图所示：图3 传感器支架图4 安装效果实验中需要将10个砝码（每个20g）的实物如下图所示：图5 砝码实验中的砝码要求放置于传感器的托盘上，托盘实物如下图所示：图6 托盘需要将悬臂梁压力传感器、支架和托盘安装好后再设计电路进行试验。接线方式：红线电压+E，黑线电压-E，绿线信号+S,白线信号-S 图7 接线方式图电子秤实验原理同全桥测量原理，由以下三个部分组成：传感器、信号放大系统、称重显示部分组成。通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（kg）即成一台比较原始的电子秤。其原理框图如图8：图8 电子秤组成框图四、设计内容1、放大电路设计（1）由于传感器测量范围是02Kg，其输出信号只有010mV左右；而A/D转换的输入应为0V1.999V，对应显示01.999Kg，当量为1mV/g，因此要求放大器的放大倍数约为200倍，一般采用二级放大器组成，也可使用集成仪用放大器。（2） 在电路设计过程中应考虑电路抗干扰环节、稳定性。选择低失调电压，低漂移，高稳定性，经济性的芯片。（3）电路中还应有调零和调增益的环节，才能保证电子电平没有称重时显示零读数，从而在测压力时读数正确反映被测压力。在此选用的放大器为已有的集成仪用放大器AD620仪表差分放大器模块此模块的一些参数如下： 1、电源：单电源524V可靠工作。内有完善的电源滤波电路，对电源要求很低，适合应用于工业等有干扰的环境中。 2、输入：可以输入毫伏微伏电压信号（10uV-300mV）。 3、输出：输出正、负电压信号。线性范围-3.5V+3.5V。（实测：-3.7V+3.9V） 4、放大倍数：默认放大倍数101000倍可调，倍数越小带宽越大。 5、尺寸：40mm20mm。图9 AD620仪表差分放大器模块2、按照要求查阅相关电路和元器件功能的资料，完成传感器测量电路、放大电路A/D转换及显示电路的设计，画出电路图。图10 差分输入接线图芯片输入/输出端口定义及说明：VCC 供电电源正极GND 供电电源负极 +S 信号输入端-S 信号输入负端（可接GND）OUT 信号输出-E 输出一个-4.6V的电压（10-20mA电流，可供传感器供电，电流越大电压的绝对值越小）+E 输出+5V电压备注：信号输入，信号输出，电源输入，3个信号必须共地。图11 电子称仿真原理图关于电路放大参数的计算：图12 同相并联差动放大器由图6可知：将I 代入V01，V02可得由此可得电路差模闭环增益在此取R1=R2、R5=R3，R7为由滑动变阻器构成的可变电阻。所以输出电压为对与二级放大部分电路：图13 二级放大电路图利用调零旋钮调节滑阻，使R9=R10，则在本次设计中取R8=R11，那么即电路的增益由前一级电路控制，之后的放大电路是用来调零的。此称重电路，首先由全桥差动电路中的金属应变片受力形变产生不平衡电流，可是其输出电流过小，其输出信号只有010mV左右。普通仪表不易测量，所以要经过AD620仪表差分放大器，对其信号放大200倍与砝码的质量对应。然后对其输出电压可以用普通的万用表进行测量。对其进行定标，然后该电子称就可以用来测未知的物体质量。3、电路调试（1） 调零： 差动放大器调零。当传感器上不放砝码时，电路检查无误后，接入电源，将差动放大器的输入端短接并与地短接，系统输出端接数显电压表（选择2V档）放大电路的输出应为0V。若不为0V，调节放大器的调零环节使电压表显示为0V。关闭主控台电源。图14 调零接线图图15 差动放大器调零 电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端，当传感器上不放砝码时，检查接线无误后，接入电源，系统输出端接数显电压表（选择2V档）放大电路的输出应为0V。若不为0V，调节电桥的调零环节使电压表显示为0V。图16 电桥调零示意图图17 电桥调零（2）定标： 将10个砝码（每个20g）置于传感器的托盘上，调节差动放大器的满量程增益调节旋钮，使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）； 拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.00V，若不为0.00V，再次调节电桥的调零环节调零； 重复上面两个步骤的定标过程，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲Kg即可以称重。图18-1 定标图18-2 定标五、注意事项1、为避免损坏传感器，使用过程中要注意轻拿轻放。往传感器上放砝码定标时，要反复调零和调增益，最后的显示才能准确。2、在电路调试、定标等过程中应使用电压表、电流表监测传感器的供电电源(数字万用表电压挡测量输出电压；用模拟表电流挡测量电流)。必须保证供给传感器的电压、电流是恒定值，才能保证传感器的输出信号与被测量呈线性关系。3、接线或插拔元器件、芯片时要断电。六、实验结果与体会根据实验记录数据，并计算电子秤的灵敏度L=U/W，非线性误差f。砝码个数12345678910显示质量g20406080100120140160180200称量了一下自己手机的质量，发现其在180g左右，与官网给出的数据大致相当。L=U/W=10V/KG。在此取R1=R2=R3=R4、R1=R2=R3=R4， 。其非线性误差f=0。在本次实验中感觉比较麻烦的是对于电桥平衡的机械调零，对于微小的阻值变化，差动