传感器与检测技术 2盒装微动开关重量检测系统设计与实现

传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目导入项目导入微动开关及其称重计数知识目标能力目标素质目标知识技能素质电阻式传感器工作原理电阻式传感器测量电路电阻应变式传感器应用项目实施电阻式传感器特性实训电子秤系统分析与传感器选型电子秤实物制作电子秤的标定与校准项目拓评项目小结项目评价传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目导入2.1项目导入2.1项目导入一、案例介绍微动开关20克/个2.1项目导入一、案例介绍磅秤高精度电子天平，精度达0.001克人体秤吊钩秤汽车衡的传感器及显示器称重计价可充电数据存储数据传输防动防抖超市打印秤2.1项目导入二、教学目标1）掌握电阻式传感器的结构、原理、性能、选型、使用、安装及调试。2）熟悉电桥测量电路，掌握其电路结构及性能。3）熟悉重量检测系统功能和性能分析。知识目标1）会根据使用场合、传感器特性等选择不同电阻式传感器及型号。2）会根据检测系统性能要求记录检测数据与数据分析。3）会根据称重要求分析、设计和调试电子称重系统。能力目标1）具备专注负责、爱岗敬业的劳动精神。2）具备合作交流、团队协作的品质和意识。3）具备遵从标准、推崇规范的优良素质。素质目标传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——相关知识与技能：电阻式传感器工作原理2.2相关知识与技能2.2.1电阻式传感器工作原理一、电阻应变效应金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大。2.2.1电阻式传感器工作原理一、电阻应变效应定义金属材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值也相应发生变化公式二、固态压阻效应定义半导体材料在受到力的作用后，其电阻率将随作用力而变化，其电阻值也相应发生变化公式热电阻、湿敏电阻、气敏电阻、光敏电阻、磁敏电阻——电阻阻值随温度、湿度、气体浓度、光照、磁场变化2.2.1电阻式传感器工作原理三、电阻变化与外力关系

2.2.1电阻式传感器工作原理四、电阻应变式传感器1、金属应变片（1）金属丝式（2）箔式（3）薄膜式2、半导体应变片2.2.1电阻式传感器工作原理四、电阻应变式传感器3、应变式测力及荷重传感器2.2.1电阻式传感器工作原理五、电阻应变片主要特性参数应变片电阻值做应力测试时，普遍选用120欧姆；对于传感器来说，为了提高其稳定性或输出灵敏度，常选用高电阻（350欧，1000欧甚至更高）。灵敏度系数常用的应变片灵敏系数为2.0~2.4疲劳寿命材料与尺寸传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——相关知识与技能：电阻式传感器测量电路2.2相关知识与技能2.2.2电阻式传感器测量电路一、电子称悬臂梁结构及应变片2.2.2电阻式传感器测量电路二、惠斯通电桥

当忽略电源的内阻时当满足条件R1R3=R2R4时，

UO=0，即电桥平衡。上式称电桥平衡条件。若差动工作，

即R1=R+△R，R2=R-△R，R3=R+△R，R4=R-△R，

传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——相关知识与技能：电阻应变式传感器应用2.2相关知识与技能2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器组成：弹性元件、应变片、外壳结构型式：柱式、悬臂梁式、环式FFFF2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器FF固定点固定点2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置FR1R2R42.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器FFFF2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器荷重传感器用于构件的称重荷重传感器（共3个，120度分布，以达到均衡目的，另两个未拍出）底座垫块电缆2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器应变式数显扭矩扳手2.2.2电阻应变式传感器应用一、应变式测力与荷重传感器将应变片粘贴在斜拉绳表面，可测量斜拉绳所受的拉力。

斜拉桥上的斜拉绳应变测试2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器高压进气口低压进气口绝对压力传感器2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器可用于呼吸、透析和注射泵等设备p1进气管p2进气管电缆引出2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器压阻式固态压

力传感器光柱显示器

橡胶背压管

可用于投入式液位计2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器可用于投入式液位计投入式液位传感器适用于深度为几米至几十米，且混有大量污物、杂质的水或其他液体的液位测量。2.2.2电阻应变式传感器应用二、应变式压力传感器可用于投入式液位计投入式液位计液位的计算：

安装高度h0处水的表压p1=

gh1

所以：

h=h0+h1=h0+p1/（

g）

例：液位计安装高度为1m，测得压力为98kPa，求水的深度h。2.2.2电阻应变式传感器应用三、应变式加速度传感器将质量块相对于基座（被测物体）的移动转换为应变值的变化而得到加速度。采用硅悬臂梁结构，自由端装敏感质量块，梁根部扩散四个性能一致的电阻。加速度惯性力弯矩应力阻值变化电压输出2.2.2电阻应变式传感器应用三、应变式加速度传感器1—等强度梁2—质量块3—壳体4—电阻应变片

应变式加速度传感器结构示意图2.2.2电阻应变式传感器应用四、应变式位移传感器应变式位移传感器是测量静态直线位移及与位移有关物理量的传感器特点：线性较好、分辨率高、结构简单、使用方便传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目实施：电阻式传感器特性实训2.3项目实施2.3.1电阻式传感器特性实训一、金属箔式应变片——单臂电桥性能测试1．实训器件应变式传感器实训模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）2．实训步骤1）安装应变式传感器2.3.1电阻式传感器特性实训一、金属箔式应变片——单臂电桥性能测试1．实训器件2．实训步骤1）安装应变式传感器2）接线3）调零4）测试及记录5）计算系统灵敏度、非线性误差2.3.1电阻式传感器特性实训二、金属箔式应变片——双臂电桥性能测试1．实训器件应变式传感器实训模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）2．实训步骤1）安装应变式传感器2）接线3）调零4）测试及记录5）计算系统灵敏度、非线性误差2.3.1电阻式传感器特性实训三、金属箔式应变片——全桥性能测试1．实训器件应变式传感器实训模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）2．实训步骤1）安装应变式传感器2）接线3）调零4）测试及记录5）计算系统灵敏度、非线性误差传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目实施：电子秤系统分析与传感器选型2.3项目实施2.3.2电子秤系统分析与传感器选型主要功能和指标：（1） 系统可实现电子称基本的称重功能（称重范围为0～5Kg，重量误差不大于±0.005Kg）；（2） 系统应具备输入单价，计算总价及语音报价的功能；（3） 系统超出最大测量范围5Kg时应有报警指示功能（蜂鸣器报警提示）。拓展指标：能够显示电子日历及时钟，在未称重状态下系统应具备显示年月日、星期及时钟功能。一、功能和性能分析2.3.2电子秤系统分析与传感器选型二、系统架构数据采集AD转换单片机处理LCD显示时钟显示计量显示按键处理信号放大时钟芯片重量电阻模拟电压数字信号显示信息功能参数设置时间处理数据存储、运算、打印、传输、通信、控制2.3.2电子秤系统分析与传感器选型三、重量检测电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型红黑白绿四、AD转换电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型五、单片机及外围电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型六、显示电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型七、超重报警提示电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型八、按键输入电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型九、系统串口程序下载电路2.3.2电子秤系统分析与传感器选型十、电源电路传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目实施：电子秤实物制作2.3项目实施2.3.3电子秤实物制作一、元件检验与电路组装元器件检测2.3.3电子秤实物制作一、元件检验与电路组装元器件检测2.3.3电子秤实物制作一、元件检验与电路组装元器件检测安装电子秤底座、悬臂梁和托盘检测电阻应变片的固定电阻，计算其与标称阻值的误差大小焊接电路板第一步，根据原理图和线路板上的元件布置，规划电路的走线。走线要尽量整齐、短捷。如果元件布置与原理图上相对应，则电路的走线自然相似，便于理解和查找。第二步，安装焊接元器件。元件安装顺序一般遵循以下原则：先低后高、先轻后重、先耐热后不耐热。一般的装焊顺序依次是电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管等。元件焊接时应掌握好时间，尽量做到快捷、安装牢靠，避免虚焊。第三步，焊接好电路板要先进行检测，查看电路连接是否正确；有极性的元件（如电解电容、二极管、三极管等）的极性是否正确；检查焊点的质量，是否有不良焊点。2.3.3电子秤实物制作二、程序编写、调试与烧写1．称重程序编写与调试2．程序烧写2.3.3电子秤实物制作三、故障诊断与排除2.3.3电子秤实物制作三、故障诊断与排除传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目实施：电子秤的标定与校准2.3项目实施2.3.4电子秤的标定与校准一、电子秤的标定2.3.4电子秤的标定与校准二、电子秤的校准1、检测数据：实际重量显示重量100克102克200克202克300克302克400克402克500克502克600克602克700克702克A组2、数据分析：3、处理方法：①去皮②改变偏置下移显示重量99克199克299克399克499克599克699克B组显示重量99克198克297克396克495克594克693克C组③调节灵敏度XYXKb2.3.4电子秤的标定与校准二、电子秤的校准3、处理方法：④最小二乘法找直线①去皮②改变偏置下移③调节灵敏度XY传感器与检测技术盒装微动开关重量检测系统设计与实现——项目小结与评价：项目小结2.4项目小结与评价2.4.1项目小结1）电子秤称重原理是基于金属应变片的应变效应或者半导体应变片的固态压阻效应；称重时物品重量变化导致传感器电阻发生变化。2）常见的电阻式传感器有电阻应变式、固态压阻式、热电阻式、气敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻、光敏电阻等。前两者可用于测量力、荷重、扭矩、加速度、位移、压力等物理量；热电阻式传感器可以用于温度测量；气敏电阻可以测量敏感气体浓度；湿敏电阻可以测量湿度；磁敏电阻可以测量磁场强度；光敏电阻可以测量光信号。3）惠斯通电桥式经典的传感器测量电路，其输出电压反映被测