电子地上衡项目设计

北京联合大学 1 电子地上衡电子地上衡 1 1 项目概述项目概述 地上衡也被称为地磅 是厂矿 商家等用于称量体积或质量较大物体的主要称 重设备 电子地上衡可以放置在坚实地面上进行称量 也可安放在浅基坑上或 在其两侧加装带有一定坡度的引道 供手推车称重使用 电子地上衡的主要组成 称重传感器 承重台 测量电路和称重显示器 2 设计要求 设计要求 2 1 传感器技术指标 传感器技术指标 称重范围 0 5T 线性度 0 03 F S 滞后 0 03 F S 重复度 0 03 F S 温度范围 30 80 2 2 选择传感器 需选择两种不同类型的传感器进行方案对比 选择传感器 需选择两种不同类型的传感器进行方案对比 2 3 详细说明所选传感器的技术指标 型号 规格及产生厂家 详细说明所选传感器的技术指标 型号 规格及产生厂家 2 4 画出系统组成框图 说明系统的工作原理及各组成的作用 画出系统组成框图 说明系统的工作原理及各组成的作用 2 5 进行测量电路的具体设计 进行测量电路的具体设计 2 6 简绘电子地上衡的结构图 简绘电子地上衡的结构图 3 3 选型方案选型方案 应变式称重传感器和电容式称重传感器比较 北京联合大学 2 4 4 系统方案设计系统方案设计 4 14 1 应变式称重传感器应变式称重传感器 应变式称重传感器 1940 年美国 BLH 公司和 Revere 公司总工程师 A Thurston 瑟斯顿 利用 SR 一 4 型电阻应变计研制出圆柱结构的应变式负 荷传感器 用于工程测力和称重计量 成为应变式负荷传感器的创始者 1942 年在美国应变式负荷传感器已经大量生产 至今已有 60 多年的历史 国际上 主要有两种发展途径 以美国为代表的先军工后民用 先提高后普及的途径和 以日本为代表的实用化商品化 先普及后提高的途径 我国应属于后者 尽管 军工部门研究应用较早 但并未转为民用 快速发展和普及还是在近 20 年 近几年是关键时期 急需提高我国称重传感器的总体技术 工艺和质量水平 国际称重传感器技术的发展动向是 把称重传感器的准确度 稳定性和可靠性 作为极其重要的质量指标 把制造技术和制造工艺作为核心竞争力 紧紧抓住 称重传感器的特性问题 生产问题和应用问题进行基础研究 工艺研究和应用 研究 4 1 1 应变式称重传感器工作原理应变式称重传感器工作原理 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理 弹性体 弹性元件 敏感梁 在外力作用下产生弹性变形 使粘贴在他表面的电阻应变片 转换元件 也随 同产生变形 电阻应变片引变形后 它的阻值将发生变化 增大或减小 再经 相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号 电压或电流 从而完成了将外 力变换为电信号的过程 4 1 24 1 2 电阻应变片电阻应变片 4 1 2 14 1 2 1 电阻应变片概述电阻应变片概述 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上 即成为一片应变 片 4 1 2 24 1 2 2 电阻应变片的特点及分类电阻应变片的特点及分类 电阻应变式传感器可以用于测量应变 力 位移 加速度 扭矩等参数 具 有体积小 动态响应快 测量精确度高 使用简便等优点 在航空 船舶 机 械 建筑等行业里获得广泛应用 北京联合大学 3 电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片式两类 常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种 其工作原理都是基于应变片发 生机械变形时 其电阻值发生变化 4 1 2 34 1 2 3 有丝式和箔式应变片的比较有丝式和箔式应变片的比较 金属丝电阻应变片 又称电阻丝应变片 出现得较早 现仍在广泛采用 把一 根具有高电阻率的金属丝 康铜或镍铬合金等 直径 0 025mm 左右 绕成栅形 粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间 由引出导线接于电路上 箔式应变片的优点 1 尺寸精确 线条均匀 灵敏系数 电阻值离散小 2 横向效应小 粘结面积大 粘贴牢固 散热性好 3 光刻腐蚀可制成各种应变花及小标距应变片 4 耐潮湿 绝缘性好 蠕变及机械滞后小 5 便于成批生产 质量好 成品率高 4 1 2 44 1 2 4 应变式称重传感器的选用应变式称重传感器的选用 名称 BZ1401 系列电阻应变式称重传感器 性能特点 全封闭柱式传感器 适用于恶劣环境 可用于轨道衡 汽车衡 主要技术参数 量程 kg 100 100000 灵敏度 mV V 1 2 精度 F S 0 02 0 03 0 05 0 1 输入电阻 380 650 1000 绝缘电阻 M 5000 供桥电压 V 3 24 工作温度范围 20 60 安全过载 F S 150 4 24 2 电容称重传感器电容称重传感器 电容称重传感器是利用弹性敏感元件 造成电容随外加质量的变化而变化即 构 成称重测试传感器 4 2 14 2 1 电容称重传感器特点 电容称重传感器特点 电容传感器具有稳定性 重复性 无滞后性的特点 它运用于各个方面 不 受 场所地点限制 不需另加专用弹性体 结构简单 电容极板密封在绝缘材料 内 具有不变形 不磨损 不锈蚀 寿命长等优点 4 2 2 4 2 2 电容称重传感器原理 电容称重传感器原理 北京联合大学 4 电容传感器是根据电容参数的变化使电容发生变化 将非电量转化为 电量 经过放大输出 从而测出被测量 电容传感器由上极板部件和 下极板部件组成 结构如图 4 2 34 2 3 电容称重传感器选用电容称重传感器选用 电容式压力传感器型号 3051 3351 生产厂家 佛山市顺德区昊胜传感仪器有限公司 测量范围 0 40MPa 线性度 0 03 F S 滞后 0 03 F S 重复度 0 03 F S 温度范围 30 80 精度 0 1 0 2 0 5 1 0 供电电压 24VDC 4V 输出电流 4 20mA 机械连接 法兰插入式 卡箍快速联接及远程螺纹连接 通讯协议 HART 4 34 3 测试系统的组成测试系统的组成 由完成测试过程中各环节的专门设备组成的系统通常称为测试系统 一个完整的非电量电测系统或测试装置通常有传感器 信号处理电路和显 示器 记录仪 数据处理装置等部分组成 分别完成信息获取 转换 显示和 处理等功能 北京联合大学 5 4 3 14 3 1 传感器传感器 传感器是测试系统实现测试的第一环节 它是测试系统的信号拾取部分 作用是感受被测量并将其转化成电信号输出 如将机械位移量转化成电阻 电 容或电感等参数的变化 又如将振动或声音信号转换成电压或电荷的变化 4 3 24 3 2 信号处理电路信号处理电路 又称测量电路或中间变换电路 用来对传感器所送出的信号进行加工 作 用是把传感器输出的微弱信号变成具有一定功率的电压 电流或频率信号 以 满足显示记录装置的要求 4 3 34 3 3 显示 记录部分显示 记录部分 显示 记录部分的作用是将信号处理电路输出的被测信号转换成人们可以 感知的形式 如指针的偏转 数码管的显示 苂光屏上的图像等 还可以将此 信号记录在适当的介质上 如磁带 记录纸等 以提供人们的观测和分析 常用的显示器有 模拟显示器 数字显示器 图像显示器等 记录仪主要用来记录被测量随时间变化的曲线 常用的记录已有 笔试记 录仪 光线示波器 磁带记录仪 快速打字机等 4 44 4 测量电路原理测量电路原理 4 4 1 测量电路 目前应变片的测量电桥多为直流供电 北京联