燕山大学传感器 电阻应变式传感器

1、主讲人：制作人：五散人日期：2014.11.13基于电阻应变式传感器的电子称设计一、电子秤介绍二、系统设计三、材料准备四、参考资料目录 本组设计的电子秤是通过传感器将被测物体的重量转换成电压信号输出，放大系统把来自传感器的微弱信号放大，放大后的电压信号经过模数转换把模拟信号转换成数字量，数字量通过显示器显示重量。一、电子秤介绍2.1传感器模块2.1.1理论设计 采用如右图实物图所示的结构，用两片锯条，一端固定，一端粘合组成测微位移悬臂梁，应变片分别贴在两锯条表面上。二、系统设计2.1.2测量电路计算 1目测1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 2.用数字万用表测量应

2、变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆2.1.3应变片的选择与粘贴引 线覆 盖 层基 片电 阻 丝 式 敏 感 栅lb 受于材料限制，应变片的粘贴采用以下步骤 1、将眼镜清洗液喷到纱布上，擦测试零件，去除油污。 2、取出应变计，用胶布将导线固定在盒子上。去掉应变计的塑料夹子， 用透明胶布将应变计和导线粘在一起，去掉固定导线的胶纸 3、用砂纸，在粘贴面来回打磨12次。白纸垫在零件下面。 4、再将眼镜清洗液喷到纱布上，将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次， 再用另一块纱布朝相反方向擦一次，扔掉纱布。换一张白纸。 5、用铅笔、直尺划出贴应变片的位置。 6、用棉签轻轻擦掉铅笔

3、划的线，将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一 次。 7、将502胶水涂在贴应变片的区域，用硬纸板轻轻刮均匀。 8、现在迅速用透明胶带将应变计对准粘贴位置贴上，注意导线方向 9、晾置10分钟，将引线与端子进行焊接， 用胶带固定2.1.3应变片的选择与粘贴 1 灵敏系数标称灵敏系数 小于同种材料金属丝的林敏系数，原因是应变片的横向效应与粘贴胶带来应变传递失真 2应变极限指在一定的温度下，指示应变值与真实应变的相对差值不超过规定值（一般为10）时的最大真实应变值2.1.4电阻应变片主要技术参数j真实应变真实应变 g g指示应变指示应变 i i100%190%最大工作电流 应变片不因电流产生的热量而影响

4、测量精度所允许通过的最大电流。静态测量时，最大工作电流为25mA；在动态测量时，可达75100mA。机械滞后 应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不重合，即为机械滞后。零漂 对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。产生的原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的 内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。蠕变 如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增加而变化的特性称为蠕变。一般蠕变的方向与原应变量的方向相反。 产生的原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到 敏感栅的应变量逐渐减少。 注意粘贴流程与实

5、用标定。 在许多需要用A/D转换和数字采集系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平。 在这里，我们选用仪表放大器INA126 该芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，并且具有体积小，功耗低，精度高，噪声，输入偏置电流低及外部借口简单等特点2.2信号放大模块2.2.1放大电路选取2.2.2放大器原理及结构图内部电路原理图 外部接线图2.3.1 A/D转换模块的选择 1、A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低 2、A/D 转换器的转换速率。积分型的转换速率低，

6、转换时间从几豪秒到几十毫秒，只能构成低速A/D 转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。逐次逼近型属于中速A/D 转换器，转换时间为纳秒级，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。 3、是否加采样/保持器。 4、A/D 转换器的有关量程引脚。有的A/D 转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。 5、A/D 转换器的启动转换和转换结束。2.3A/D转换模块 3.2.2LM311工作原理（1 1）双积分）双积分ADCADC简介简介间接比较型间接比较型A/D转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间信号，然

7、后再将这个中间信号变换为二进制代码输出。双积分式信号，然后再将这个中间信号变换为二进制代码输出。双积分式ADC就就是一种首先将输入的模拟信号变换成与其成正比的时间间隔，然后再在是一种首先将输入的模拟信号变换成与其成正比的时间间隔，然后再在这段时间间隔内对固定频率的时钟脉冲信号进行计数的这段时间间隔内对固定频率的时钟脉冲信号进行计数的A/D转换器，所获转换器，所获得的计数值就是正比于输入模拟信号的数字量。得的计数值就是正比于输入模拟信号的数字量。双积分双积分AD电路由积分器、比较器、计数器、参考电压源、电子切换开关、电路由积分器、比较器、计数器、参考电压源、电子切换开关、逻辑控制及逻辑控制及CP

8、信号几部分组成，原理框图和积分波形如图（信号几部分组成，原理框图和积分波形如图（4）示。）示。图（图（4-24-2）积分波形图）积分波形图 图（图（5）所示为双积分）所示为双积分AD原理图，图中原理图，图中S0 0，S1 1为模为模拟开关，控制逻辑包括一个拟开关，控制逻辑包括一个n为计数器，附加触发器为计数器，附加触发器Fc，模拟开关驱，模拟开关驱动电路动电路L0 0，L1 1及门及门G1 1，G2 2等。等。转换开始前，令转换控制信号转换开始前，令转换控制信号Vs=0计数器和附加触计数器和附加触发器均置发器均置0，S0 0闭合，电容器充分放电，闭合，电容器充分放电，V0101=0=0。当。当

9、Vs=1以后以后,S0 0断开，断开，A/D转换开始。分下面两个阶段：转换开始。分下面两个阶段：1) 1) 通过通过2 2次积分将次积分将V Vi i转换成相应的时间间隔。转换开始时转换成相应的时间间隔。转换开始时t=0,St=0,S1 1与与V Vi i接通，接通， 2) V 2) Vi i通过通过R R对对C C充电，积分器输出电压负向线性变化，积分器对充电，积分器输出电压负向线性变化，积分器对V Vi i在在0 0t t1 1时间积分。时间积分。当当t=tt=t1 1时时, , 式中，式中，V Vi i为为0 0t t1 1时的输入模拟电压的值。时的输入模拟电压的值。 3) 量化编码阶段

10、。利用计数器对已知的时钟脉冲计数至量化编码阶段。利用计数器对已知的时钟脉冲计数至t2 2，完成，完成A/D转换。从转换。从t=t1 1开始，开始，S1 1与参考电压与参考电压VREFREF接通，通过接通，通过R对对C反向充电，反向充电，V0101逐渐上升，经逐渐上升，经t2 2t1 1时间间隔，时间间隔，V0 0=0=0。20120111211( )( )( )()0iREFREFttVVVtVtVdttttRCRC 所以所以 因为因为VREFREF和和t t1 1为定值，所以为定值，所以T T2 2与与V Vi i成正比，即将成正比，即将V Vi i变换为与它变换为与它成正比的时间间隔。成正

11、比的时间间隔。在在T T2 2阶段，将阶段，将CPCP（周期为（周期为TcTc）送入计数器计数，）送入计数器计数，则由此可见，计数器计数所获得的数字量正比于输入模拟电压由此可见，计数器计数所获得的数字量正比于输入模拟电压。21iccR E FTtVNTTV双积分双积分A/D转换器工作波形如图（转换器工作波形如图（6）所示。它具有工作性能稳定的优）所示。它具有工作性能稳定的优点，输出数字量与积分器时间常数无关，对干扰（如工频干扰等）有很点，输出数字量与积分器时间常数无关，对干扰（如工频干扰等）有很强的抑制作用，但该电路转换速度低。强的抑制作用，但该电路转换速度低。图（图（6 6）双积分）双积分A/DA/D装换器工作波形图装换器工作波形图2.4控制与显示模块2.4.1控制模块（1）可以直接采用EL89C-V2.0单片板，接入数字信号，在52单片机内部对数字信号进行处理，使得4个共阴极数码管显示的数为测量的实际载荷（2）可以选择自己用电路板焊接一个最小系统，包括单片机，晶振、共阴极数码管，电源，电位器2.4.2显示模块