传感器应用-电子秤制作

1、项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作 压力检测压力检测传感器应用项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作 电子秤的制作电子秤的制作项目要求项目要求v 利用电阻应变式传感器利用电阻应变式传感器制作一个电子称，测量制作一个电子称，测量范围为范围为2kg,其分辨力其分辨力为为1克，测量精度克，测量精度0.5RD l字字v 利用数码管显示测量值利用数码管显示测量值。项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作项目目标项目目标项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作项目内容项目内容v知识点：知识点：1、电阻应变式传感器测量压力2、电感式传感器测量压力v电路组装与调试电路组装与调试v考核考核v拓展训练拓展训练项目项目2

2、电子秤的制作电子秤的制作一、应变式传感器概述一、应变式传感器概述v 工作原理：工作原理：n将被测量的变化转换成电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。 v 优点：优点：n结构简单、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高和测量速度快等v 应用：应用：n广泛航空、机械、电力、化工、建筑、医学等许多领域，常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等知识点知识点 1电阻应变式式传感器电阻应变式式传感器物理量物理量电量电量项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作二、电阻应变片的种类与结构二、电阻应变片的种类与结构知识点知识点 1电阻应变式式传感器电阻应变式式传感器1 1丝式应变片：结构如下图所示。丝式应变

3、片：结构如下图所示。 2 2、箔式应变片：如左图所示，箔材、箔式应变片：如左图所示，箔材厚度多为厚度多为0.001-0.01mm0.001-0.01mm。3.3.薄膜应变片薄膜应变片 3 3、薄膜应变片：采用真空蒸发或真、薄膜应变片：采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形状的敏感栅。制成一层各种形状的敏感栅。项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为： 三、电阻的应变效应三、电阻的应变效应电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应。电阻应变片的工作原理是基于

4、金属的电阻应变效应。知识点知识点 1电阻应变式式传感器电阻应变式式传感器当电阻丝受到拉力当电阻丝受到拉力F作用时，作用时， 引起电阻值变化量为引起电阻值变化量为 SlR1、应变效应、应变效应项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作 轴应变量轴应变量 径向应变量径向应变量由由 ，得，得 所以所以 则则: :知识点知识点 1电阻应变式式传感器电阻应变式式传感器dSdSldlRdR由上面由上面2式相除得式相除得项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作由于由于 得得令令 知识点知识点 1电阻应变式式传感器电阻应变式式传感器最终可得：最终可得：项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作2、弹性敏感元件、弹性敏感元件

5、根据弹性元件结构形式（柱形、筒形、环形、梁式、轮辐式）和受载性质（拉、压、弯曲、剪切等）的不同，它们可分为许多种类。 （1) 柱式弹性元件 （2）薄壁圆筒 （3）悬臂梁弹性圆柱弹性圆柱 薄壁圆筒受力分析薄壁圆筒受力分析等截面悬臂梁等截面悬臂梁 等强度悬臂梁等强度悬臂梁知识点知识点 1电阻应变式式传感器电阻应变式式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器一、自感式传感器一、自感式传感器1、基本变间隙自感式传感器、基本变间隙自感式传感器 结构如下图所示。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气间隙长度发生变化。由于气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量

6、的变化。项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作 线圈的电感 设传感器的初始间隙长度为0，面积为So，线性化处理后的电感相对增量为 电感相对增量灵敏度K为 为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变间隙式电感传感器。mRNL200LL01/0LLK知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作2、差动变间隙式传感器、差动变间隙式传感器 如图所示为差动变间隙式电感传感器的结构原理图。知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器差动形式输出的总电感变化量近似为电感相对变化量为 则电感相对增量灵敏度K为 结论： 差动式比单线圈式的灵敏度高一倍； 差动式的线性度得到明显改善。项

7、目项目2 电子秤的制作电子秤的制作3、螺管型电感式传感器、螺管型电感式传感器 如图 所示为螺管型电感式传感器的结构图。螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也随之变化，线圈电感量的大小与衔铁位置有关，线圈的电感量L与衔铁进入线圈的长度x保持线性关系。知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作(1) (1) 交流变压器式电桥交流变压器式电桥u0z2z1u/2u/2上一页上一页返返 回回下一页下一页4、测量电路、测量电路知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器输出空载电压输出空载电压 2121121022ZZZZuuZZZ

8、uua a、初始平衡状态，、初始平衡状态，Z Z1 1=Z=Z2 2=Z, =Z, u u0 0=0=0b b、衔铁偏离中间零点时、衔铁偏离中间零点时 ，、ZZZZZZ21)/()2/(0ZZuuc c、传感器衔铁移动方向相反时、传感器衔铁移动方向相反时 ，、ZZZZZZ21)/()2/(0ZZuu项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作（2 2）谐振电路）谐振电路 谐振电路如下图所示。图（a）中Z为传感器线圈，e为激励电源。若谐振电路中激励源的频率为f，则可确定其工作在谐振曲线A点。这种电路灵敏度很高，但非线性严重，常与单线圈自感式传感器配合，用于测量范围小或线性度要求不高的场合。知识点知识点

9、2电感式传感器电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作（3 3）调频电路）调频电路传感器自感变化将引起输出电压频率的变化 GCLf特点：灵敏度很高，但线性差，适用于线性要求不高的场合 Lf0LCf2/1知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作1 1、螺线管式传感器的结构与工作原理、螺线管式传感器的结构与工作原理二、互感式传感器二、互感式传感器-差动变压器差动变压器LPRS2LS1M1M2LS2RS1RPiU0U 螺线管式差动变压器 等效电路 差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路：知识点知识点 2电感式传感器

10、电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作当次级开路时，初级绕组的交流电流为：PPiPLjRUI.次级绕组的感应电动势为：.P.IMjU11.P.IMjU22由于次级绕组反向串接，故差动变压器输出电压为 .210PPiLjRUMMjU知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器其有效值为22210PPiLRUMMU项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作 铁芯处于中间位置时，M1 = M2 = M，U0 = 0 铁芯上升时，M1= M +M，M2= M -M LRMUUPPi2202 铁芯下降时，M1 = M -M，M2 = M +M LRMUUPPi2202与U1同极性与U2同极性 知识点知识

11、点 2电感式传感器电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作零点残余电压： 0 x 当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器零点残余电压产生原因：基波分量高次谐波消除零点残余电压方法：设计和工艺上保证结构对称性选用合适的测量线路 采用补偿线路项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作2 2、变间隙式差动变压器传感器、变间隙式差动变压器传感器 如图所示为变间隙式差动变压器传感器原理图，它具有灵敏度较高的优点，但测量范围小，一般用于测量

12、几微米到几百微米的位移。II型差动变压器的输出特性为知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器II型差动变压器的灵敏度表达式为项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作3 3、差动变压器的测量电路、差动变压器的测量电路（1 1）差动整流电路）差动整流电路全波差动整流电路 无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，整流电路的输出电压U0始终等于R1、R2两个电阻上的电压差。 hgdcghdcUUUUU0知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作全波差动整流电路电压波形结论：铁芯在零位以上或零位以下时，输出电压的极性相反，零点残存电压自动抵消。知识点知识点 2电感式传感器电感式

13、传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作 图中比较电压和同频，经过移相器使和保持同相或反相，且满足 。（2 2）相敏检波电路）相敏检波电路知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作负半周时 L2RRui1L1RRui2同理可知i= i，i= i i =知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器从中心抽头，正半周时 LRRui14L3RRui2u1= u ，故i= i。i= i i =项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作当衔铁在零位以上时，位移x（t） 0，与同频同相。 正半周时 LRReui214L2RReui23故i i，流经RL的电流为i= i i 知识点

14、知识点 2电感式传感器电感式传感器负半周时 L121RReuiL112RReui故i i，流经RL的电流为i= i i 项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作正半周负半周LRReui214L2RReui23故i i。流经RL的电流为i= i i 当衔铁在零位以下时，位移x（t） 0，与同频反相。 知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器负半周正半周L121RReuiL112RReuii i。流经RL的电流为i= i i 项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作结论： 衔铁在中间位置时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上的输出电压始终为0。 衔铁在零位以上移动时，无论参考电压是正半周还是负半

15、周，在负载RL上得到的输出电压始终为正。 衔铁在零位以下移动时，无论参考电压是正半周还是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为负。 由此可见，该电路能判别铁芯移动的方向。知识点知识点 2电感式传感器电感式传感器项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作电路组装与调试电路组装与调试1 1、整体设计框架及原理图、整体设计框架及原理图项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作2 2、各部分电路设计、各部分电路设计（1）电阻应变式传感器的测量电路 常用的桥式测量电路如图。 桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压E，另一个对角线为输出电压Uo。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作（2）放大电路 典型的差动放大器如下图所示，只需高精度LM358和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作（3）A/D转换电路项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作（4）显示电路项目项目2 电子秤的制作电子秤的制作3 3、电路调试、电路调试（1）首先在秤体自然下垂已无负载时调整RP1