传感器综合实验电子称的设计与制作

1、项目一：电子称的设计与制作7, 了鮮條厭器的作用鸟工程宗用特况 筑了解传嶽器的今类M了辭应安片的原鰹鸟用進“，譽佥浪麦側量电睹的说针场制作5警按电桥側量电睹的制作要赢1.1传感器基础知识 1. L1概述1定义传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的机械电子装置。如下图所示:2.传感器的组成1!传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器 件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换 输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进 行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。如下 图的温度电阻。3.传感器的分类1）按被测物理量分类 常见的被测物理量机械量:长度，厚度，位移,速度,加速度,声

2、磁温光旋转角，转数，质量，重量力， 压力，真空度,力矩,风速,流速, 流量；声压，噪声.磁通,磁场.1_Tj温度，热量，比热.亮度9色彩2）按工作原理分类：机械式，电气式，光学式，流体式等。切削力测量应变片动圈式磁电传感器3）按信号变换特征：能量转换型和能量控制型.能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.例如:热电偶温度计，压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化例如:电阻应变片.4）按敏感元件与被测对象之间的能量关系:物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信 号变换。如:水银温度计。结构型：依靠传感器结构参数的变化实现信号转变。5OOC0-

3、1OOC0极板空腔R声涙入5传感器的命名由主题词加四级修饰语构成。主题词传感器;第一级修饰语一被测量，包括修饰被测量的定语;第二级修饰语一转换原理，一般可后续以“式”字;第三级修饰语一特征描述，指必须强调的传感器结 构、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后续以“型”字;第四级修饰语主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等）1.1.2传感器的主要特性参数1 灵敏度灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量 变化和引起此变化的输入量变化的比值。它是输入与输出特性曲线的斜率, 如右图所示，可表示为：一一2.分辨率分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小变化值的能力。输入量从某个任意值缓

4、慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是分辨率。可以用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。灵敏度愈高，分辨率愈好。3.线性度与非线性误差线性度是用实测的检测系统输入一输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的，如下图所示。 线性度可用非线性误差来表示,计算式为:Ef捡 xlOO%4.迟滞迟滞特性表明检测系统在正向和反向行程期间, 输入一输出特性曲线不一致的程度。如右下图所示。通过实验，找出输出量的这种最大差值，并以满量程输岀Vfs的百分数表示, 如下式：Et -捡 xlOO%Xmax1.2检测系统的基本组成一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和

5、显示记录装置等几部分组成。检测1.3相对误差相对误差是仪表指示值的绝对误差5与被测量真值X。的比值，常用百分数表示，即r = xl 00% =匸勺 x 100%相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程 度。在上面的例子中：=221100% = 0.01%r9 = 01100% = 0.005%10 2 200引用误差是绝对误差与仪表量程上的比值,通常以百分数表示。引用误差exlOO%如果以测量仪表整个量程中，可能出现的绝对误差最大值5m代替5,则可得到最大引用误差r0mo仏二士X100%对一台确定的仪表或一个检测系统，最大引用 误差就是一个定值。1.4电阻应变应变片/电阻应变片基于金属导体的

6、应 变效应,即阻值随机械变形的变化1F1）工作原理金属应变片的电阻R为R = p1丨A上述任何一个参数变换均会引起电阻变化，求导数dR = dl-dA + -dpA A2 A代入 R = p - I IAdR = R-RdA有：dR dl dA dp=1R l A p金属丝：A = 7T r2dR dl 2dr dp=+ R l r p金属丝体积不变：dr dl=一陆挣 空z + 2心+ %RP金属丝应变片:对金属材料，导电率不变:等2心应变计半导体应变计dR理亠*空I r p简化为:dRdpp优点：灵敏度大;体积小;缺点=温度稳定性和可重复性不如金属应变片。3）应变片的主要参数几何参数：表距

7、L和丝栅宽度b,制造厂常用 bXL表示。电阻值：应变计的原始电阻值。灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。其它表示应变计性能的参数（工作温度、 滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏 度等）。4）应变片测量电路(R + R4NR2 + 人3)5）应用：测力6）标准产品* 7）案例：桥梁固有频率测量案例：电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结 构变形再通过应变片转化为电 量输出。I(2JC3：OP07X22、元件选择1） IC1选用ICL7126集成块；IC2、IC3选用高精度低温标精密运放OP-07； IC4选用LM385-1.2VO2）传感器RI选用E350-ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350Qo3）各电阻元件宜选用精密金属膜电阻。4） RPI选用精密多圈电位器，RP2、RP3经调试后可分别用精密金属膜电阻代替。5）电容中C1选用云母电容或瓷介电容。3、制作1）电子线路的制作元件布置：横平竖直，间距适当;锡焊：控制焊点大小,注意虚焊;2）变形钢件的制作可用普通钢锯条制作，先将锯齿磨平，再将锯条加热弯成“U”形，并在对应位置钻孔，以装显示部件。然后再进行淬火和表面处理，秤钩粘于钢件底部。应 变片用应变胶粘剂粘接于钢件变形最大的部位。4、调试1）在秤体自然下垂无负载时调RP1,显示为零；2）再调整RP2,使秤体承担