傳感器與自動檢測技術(shù)課程設計1

1、傳感器與自動檢測技術(shù)課程設計專業(yè)： 電氣工程及其自動化 紅河學院 工學院自動化系目 錄第一章、設計方案簡介 01設計內(nèi)容01設計要求01稱重系統(tǒng)方框圖01第二章、汽車電子稱設計02稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成02稱體設計02稱重系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù) 03 元器件選擇04電子稱的具體設計08電子稱的安裝09第三章、電子稱的調(diào)試檢定11電子稱的調(diào)試 11電子秤檢定 11第四章、電子稱的操作與維護 12電子稱的操作 12維護保養(yǎng) 13故障分析 13第五章、設計評述 14 心得體會 14 參考文獻 14 第一章 設計方案簡介 汽車衡也被稱為地磅，是廠礦、商家等用于大宗貨物計量的主要稱重設備。在二十世紀80 年代之前

2、常見的汽車衡一般是利用杠桿原理純機械構(gòu)造的機械式汽車衡，也稱作機械地磅。二十世紀80 年代中期，隨著高精度稱重傳感器技術(shù)的日趨成熟，機械式地磅逐漸被精度高、穩(wěn)定性好、操作方便的電子汽車衡所取代。汽車衡標準配置主要由承重傳力機構(gòu)(秤體)、高精度稱重傳感器、稱重顯示儀表三大主件組成，由此即可完成汽車衡基本的稱重功能，也可根據(jù)不同用戶的要求，選配打印機、大屏幕顯示器、電腦管理系統(tǒng)以完成更高層次的數(shù)據(jù)管理及傳輸?shù)男枰?。高精度稱重傳感器是汽車衡的核心部件，起著將重量值轉(zhuǎn)換成對應的可測電信號的作用，它的優(yōu)劣性直接關系到整臺衡器的品質(zhì)。 一、設計內(nèi)容 1、設計一個100噸汽車電子稱； 2、稱體設計； 3、傳

3、感器選擇； 4、掌握電子稱的設計、組裝與調(diào)試方法； 5、采用電阻應變式傳感器； 二、設計要求 1、測量范圍：100噸左右； 2、輸出信號的處理； 三、稱重系統(tǒng)方框圖 第二章 汽車電子稱的設計1、 稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 汽車電子稱主要由稱臺、稱重傳感器、連接件、限位裝置、稱重顯示器及接線盒等零部件組成，還可以選配打印機、大屏幕顯示器、計算機和穩(wěn)壓電源等外部設備。2、 稱體的設計 1、稱體設計圖如下所示：2、稱重系統(tǒng)組成序號說明列表如下：序號名稱數(shù)量說明序號名稱數(shù)量說明1稱臺26計算機1選配件2限位裝置27顯示儀表13傳感器68大屏幕1選配件4接線盒29打印機1選配件5連接鍵610穩(wěn)壓電源1選配件三

4、、稱重系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)1、汽車衡主要技術(shù)參數(shù)（1）最大稱重：100t （2）（）（臺面尺寸：3.418m （3） 準確度等級：級 3 w6 q6 p- h- z t |, k3 n- j0-500e 0.5e （0-20t 20kg） $ u( w 3 a $ d500-2000e 1e （20-80t 40kg） ; p* d- r. t! p2000e 1.5e （80t 60kg） （4）（）（）最大分度數(shù)：n=3000& r& y# _, y6 |- u9 d$ x, yo0 d （5） 檢定分度值：e=40kg + w& r d/ m- e（）（6）顯示分度值：d=20kge) y0

5、 j0 t& l) p x （7）工作環(huán)境：溫度-1045，相對濕度不大于95%rh （8）電源：220vac(-7%+7%) 50hzv# 2 w1 c5 k （9） 具有置零、自動零點跟蹤、斷電數(shù)據(jù)保護、故障自診斷等功能2、 傳感器主要技術(shù)指標（1） 最大量程：20t （2）（）（）靈敏度：2mv/v （3） 綜合誤差：0.03% j: u. w+ w5 c+ k# r8 e2 n （4） 安全過載：150% （5） 輸入阻抗：3751 （6）（）輸出阻抗：3701 （7）絕緣電阻：5m（8） 安全側(cè)載：100%（9）極限超載：400% （10）傳感器：6個四、元器件選擇1、稱重傳感器的選

6、擇 稱重傳感器采用電阻應變片稱重傳感器。電阻應變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。 電阻應變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千kg，計量準確度達1/10001/10000，結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性較好。大部分電子衡器均使用此傳感器。 稱重傳感器在選用時要考慮到很多因素，實際的使用當中我們主要從下列幾個因素考慮。另外，稱重傳感器的靈敏度、最大分度數(shù)、最小

7、檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標。 （1）傳感器的數(shù)量和量程 傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子衡器的用途、秤體需要支撐的點數(shù)(支撐點數(shù)應根據(jù)秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定)而定。一般來說秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器。 傳感器的量程選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的最大偏載及動載因素綜合評價來決定。一般來講，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但是在實際的使用當中，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。下面給出一個經(jīng)過大

8、量實驗驗證的經(jīng)驗公式。公式如下：c=k0k1k2k3(wmax+w)/n式中 c一單個傳感器的額定量程w一秤體自重wmax一被稱物體凈重的最大值n一秤體所采用支撐點的數(shù)量k0一保險系數(shù)，一般取1.21.3之間k1一沖擊系數(shù)k2一秤體的重心偏移系數(shù)k3一風壓系數(shù)因此此實驗應選量程為100t的。（2）傳感器的準確度等級選擇 稱重傳感器的準確度等級包括傳感器的非線性、蠕變、重復性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標。在選用的時候不應該盲目追求高等級的傳感器，應該考慮電子衡的準確度等級和成本。一般情況下，選用傳感器的總精度為非線性、不重復性和滯后三項指標的之和的均方根值略高于秤的精度。（3）各種類型傳感器的應用范

9、圍及用途 稱重傳感器形式的選擇主要取決于稱重的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱重安全可靠；另一方面要考慮廠家的建議。對于傳感器制造廠家來講，它一般規(guī)定了傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結(jié)構(gòu)形式、彈性體的材質(zhì)等。譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計價秤、平臺秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。稱重傳感器主要應用在各種電子衡器、工業(yè)控制領域、在線控制、安全過載報警、材料試驗機等領域。如電子汽車衡、電子臺秤、電子叉車、動態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計價秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配

10、料秤、罐裝秤等。（4）使用環(huán)境 稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)換成可測量的電信號輸出裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對于正確選用傳感器至關重要，它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。一般情況下，高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料融化、焊點開化、彈性體內(nèi)應力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題；粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響；在腐蝕性較高的環(huán)境下會造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象；電磁場對傳感器輸出會產(chǎn)生干擾。相應的環(huán)境因素下我們必須選擇對應的稱重傳感器才能滿足必要的稱重要求。 對傳感器等級的選擇必須滿足下列兩個條件： (1)滿足儀表輸進的要求。稱

11、重顯示儀表是對傳感器的輸出信號經(jīng)過放大、ad轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，傳感器的輸出信號必須大于或即是儀表要求的輸進情號大小，即將傳感器的輸出靈敏度代人傳感器和儀表的匹配公式，計算結(jié)果必須大于或即是儀表要求的輸進靈敏度。 (2)滿足整臺電子秤正確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對傳感器正確度選擇的時候，應使傳感器的正確度略高于理論計算值，由于理論往往受到客觀條件的限制，如秤體的強度差一點，儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的正確度要求，因此要從各方面進步要求，又要考慮經(jīng)濟效益，確保達到目的。 本設計選用tu張力和壓縮稱重傳感器， 外

12、形結(jié)構(gòu)如下： 主要特征： 測量范圍為從 50 到 1000kg 精度等級：0.2% 全部不銹鋼結(jié)構(gòu) 抗腐蝕 保護等級：ip67（din40050） 2、稱重顯示儀表的選擇 稱重儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括：放大電路、a/d 轉(zhuǎn)換、單片機以及和單片機相連的控制面板、顯示部分、打印部分和串型通訊部分?，F(xiàn)討論的是其模擬信號及量化部分，即輸入信號和其中的放大電路、a/d 部分的關系。 （1）集成運算放大器稱重儀表采用的放大器均為高精度集成運放（如op177、op277、max422 等），具有高分貝、低失調(diào)、低溫漂、高共模抑制比等特點。稱重傳感器輸出的差模信號正極與運放的同相輸入端相連up，負極和運放的反相輸入

13、端相連un，運放的同相與反相輸入電阻均為ri，反饋電阻rf，則減法運算后輸出電壓uo=（rf /ri）（up- un），增益av=rf /ri。調(diào)整反饋電阻使uo和a/d轉(zhuǎn)換器的模擬信號電壓等級相匹配。由于儀表中運放采用幾乎固定的增益和a/d模擬輸入信號范圍，根據(jù)上式得出儀表的最大輸入信號范圍ui為：ui=up- un=（a/d 模擬信號范圍）/（運放增益） （2）模擬- 數(shù)字轉(zhuǎn)換器 稱重儀表中多采用16 位- a/d 芯片，理論上能把采集來的模擬信號（上面論述的uo）作216（65536）等份。以基準電壓對照，每一份模擬信號（=1/65536）對應一個數(shù)字量，這樣就實現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能。在無

14、其他因素限制時，可以把a/d的輸出信號看成儀表內(nèi)碼的變換范圍。把運放和a/d放在一起考慮，不難得出以下結(jié)論：儀表的a/d可以看成是等分其額定輸入信號范圍的。實際使用中的輸入信號往往很難接近其額定輸入信號，甚至有的達不到儀表輸入信號范圍的一半，這樣不利于整個產(chǎn)品的準確度，也浪費了儀表的資源。當然，有用信號被等分得越多越好，這樣可以提高產(chǎn)品的準確度和可調(diào)性。因此選用xk3190dm1儀表外形如下： 儀表基本功能：（1）高精度a/d轉(zhuǎn)換，可讀性達1/50000；2)調(diào)用內(nèi)碼顯示方便，替代感量砝碼觀察及分析允差；3)零位跟蹤范圍、置零（開機/手動）范圍可分別設置；4)分度值自動切換：可通過參數(shù)設置選擇

15、雙分度稱量；5)非線性修正及動態(tài)速度補償功能；6)快速填充式過磅單打印功能設置；7)稱重記錄貯存/檢查/刪除/斷電保護；8)(m1p)內(nèi)置高速漢字微打；9)采用光電隔離等多種抗干擾防護措施，使儀表具有更強的抗干擾性；五、電子稱具體設計 1、傳感器接線圖電子秤傳感器的測量電路通常使用電橋測量電路，它將應變阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，這就是可用的輸出信號，電橋電路有四個電阻組成，如下圖所示： 電子秤的傳感器在不加負荷時，橋路的電阻應平衡，也就是電橋初始平衡狀態(tài)輸出應為零。但實際上橋路各臂阻值不可能絕對相同，接觸電阻及導線電阻也有差異，致使輸出不為零。因此必須設置調(diào)零電路使初始狀態(tài)達到平衡，即

16、輸出為零。2、具體電路設計3、電路工作原理 當被測物體放在放在秤臺上時，其重量便通過車稱體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生應變效應，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被測物體重量成一定函數(shù)關系的電信號。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處理器的cpu處理，cpu不斷掃描鍵盤和各種開關，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀器表的軟件來控制各種運算。運算結(jié)果送到內(nèi)存儲器，需要顯示時，cpu發(fā)出指令，從內(nèi)存貯中讀出送到顯示器顯示，或送到打印機打印。一般信號的放大、濾波、a/d轉(zhuǎn)換以及信號各種運算處理都在儀表中完成。六、電子稱的安裝 1、秤體安裝條

17、件(1)起重機噸位按單元秤臺最大重量以及工作現(xiàn)場情況決定，建議按單元秤臺重量的1.52倍選擇起重機型號。 (2)千斤頂、水準儀、鋼卷尺及鉗工常用工具。 (3)m1級大砝碼 2、秤體安裝順序如下： (1)開箱：盡量在安裝現(xiàn)場用工具開箱，開箱時要注意不損壞箱內(nèi)的部件。 (2)清點：按裝箱單清點零部件，開箱后不立即安裝時應將所有零部件匯集在一起保管，防止丟失。 (3)檢查基礎尺寸是否符合基礎圖規(guī)定的尺寸。 (4)按圖紙測繪出基礎中心線及有關位置線。 (5)按總裝圖安裝底座。 (6)用尺檢查各傳感器的安裝位置，保證對角線允差不大于3mm，長度和寬度允差不大于2mm。 (7)把墊片墊入底座下面，并調(diào)整高

18、度和水平。a.各底座上平面的高度差不大于1mm。b.底座上平面的水平誤差不大于1/100。 (8)吊裝承載器。 (9)承載器位置調(diào)整好后，擰緊連接處的螺母。 (10) 按配線圖接線。 (11) 調(diào)整縱向和橫向限位螺栓，使螺栓頭部與檔板間隙不大于4至5mm。 (12) 底座的四周用水泥混凝固定，充實底板下面的空間。 3、注意事項 檢定合格后也要定期檢查秤量的準確性。稱重顯示器預熱一般為3o分鐘，下班停機必須切斷電源，不允許在稱重顯示器通電狀態(tài)下拔插電纜插頭，司磅員必須熟讀操作說明。車輛駛上秤臺車速低于5km/h，然后緩慢剎車，車停穩(wěn)后開始計量。車輛駛上秤臺應直線行駛盡可能停留在秤臺的中心。 秤臺

19、四周間隙不得有異物存在，經(jīng)常檢查閱隙是否符合要求，傳感器緊固螺栓是否松動。秤臺應經(jīng)常清掃，表面油漆定期重新刷涂。禁止在秤臺上進行電弧焊作業(yè)，稱重儀表及傳感器應根據(jù)環(huán)境條件定期檢查，以免受潮或不良氣體侵蝕，影響可靠性。稱重儀表避免靠近熱源、振動源，使用環(huán)境不允許有易燃、易爆氣體或粉塵，在稱重儀表的同相線上不得按感性負載(如電鈴)，如發(fā)現(xiàn)稱重儀表發(fā)生故障應該迅速斷電，然后通知專業(yè)部門及專業(yè)技術(shù)人員檢修，未經(jīng)允許不得隨意拆開機箱，更不可隨意更換零件。 第三章 電子稱的調(diào)試與檢定1、 電子稱的調(diào)試 1、用數(shù)字電壓表依次測量電子地磅各個稱重傳感器的輸出電壓，如存在不一致，可分別調(diào)整接線盒中相應兩只精密可

20、調(diào)電阻，以減少相互間差異量。但調(diào)整量必須注意，兩只可調(diào)電阻的旋轉(zhuǎn)方向要一樣，旋轉(zhuǎn)量也要一樣，順時針轉(zhuǎn)動時其電阻減小，輸出電壓變大，顯示值增加，否則反之。直至調(diào)整到電子地磅各只稱重傳感器輸出一致。調(diào)試一般可用重量法進行，即將1/10最大秤量的砝碼，依次放至電子地磅承重臺中心位置及各只稱重傳感器上方的承重臺上，并用實差法準確測出各只稱重傳感器輸出的差異量，同時分別調(diào)整電子地磅各個承重點稱重傳感器相應的兩只精密可調(diào)電阻，減少相互間的差異量，但旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)量也一樣。 2、參考電子地磅稱重顯示器使用說明書(專業(yè)技術(shù)手冊)，檢查各種功能鍵的正確性，提高電子地磅的稱量準確度。 3、電子地磅承重點調(diào)試好后，

21、將相當于最大秤量的砝碼均勻地加到電子地磅承重臺上，按照各種稱重顯示器的說明書所介紹的位置和方法，使顯示值與砝碼值一致后，取下砝碼，并確認空秤顯示為“0”即可。最后，將最大秤量分為若干份，其中須包括該秤的最小秤量、最大秤量及允差改變的各個稱量點，要求電子地磅各點的稱量誤差不大于各量點的最大允差要求。二、電子稱的檢定 1、檢查項目 （1）、傳感器及延伸電纜完整無損，接頭無氧化銹蝕。 （2）、中心接線盒完整無損，無變形和密封不良現(xiàn)象。 （3）、信號電纜屏蔽層接地良好，信號線間對地絕緣電阻須大于5m。 （4）、稱重顯示儀外觀完好，接線正確，無松動。 （5）、汽車衡稱重臺面無變形。 2、調(diào)試前準備工作

22、（1）、調(diào)試用砝碼、起吊設備和叉車到現(xiàn)場。 （2）、熟悉稱重顯示儀操作說明。0 （3）、給系統(tǒng)通電，儀表預熱15min。 3、調(diào)試順序 （1）、偏載調(diào)整（角差調(diào)整）：儀表進入稱重狀態(tài)后即可進行偏載調(diào)整。用一定重量的砝碼（一般用五分之一最大稱量），順序壓角，使各角的顯示值誤差不超過允許誤差，如超差可以通過修改角系數(shù)進行調(diào)節(jié)，直至八角顯示一致。也可通過自動調(diào)整角系數(shù)完成八角系數(shù)的調(diào)整。y3 u. y7 f, n （2）、零基準調(diào)整：8 z4 n7 x6 ?, 汽車衡現(xiàn)場首次安裝或檢修后，必須重新確定零基準。在空秤臺時按“置零”鍵，或者進入菜單執(zhí)行零點標定即可。 （3）、量程調(diào)整：在采用量程調(diào)整功能

23、前，必須先進行標準校正的設定，雖然測試砝碼的最小值不必大于滿量程10%，但在實際中用的砝碼，應盡: c9 j0 s/ ns+ t d0 l! ib可能多；進入執(zhí)行零點標定；在秤臺加載已知道的硅碼，執(zhí)行量程標定。 第四章 電子稱的操作與維護一、使用說明 1、衡器安裝后，必須經(jīng)當?shù)赜嬃坎块T或國家授權(quán)的計量部門檢定合格后，方可投入使用。 2、使用前，首先應檢查秤體是否靈活，各配套部件的性能是否良好。 3、儀表開機后，待零點穩(wěn)定后方可使用。 4、車輛駛?cè)氤优_時（或放置重物盡量輕拿輕放）車速應小于5km/h，然后緩緩剎車，車停穩(wěn)后計量。 5、盡可能停留在秤臺的中心位置。 6、儀表讀數(shù)必須在“穩(wěn)定”指示燈

24、點亮時讀取正確的重量的數(shù)值。 二、維護保養(yǎng) l、為保證系統(tǒng)計量準確，免受風雨侵蝕，有利于操作作用，要求設置工棚和計量秤房。 2、秤臺和引坡的交界處應有10-15mm間隙，不得發(fā)生碰撞和摩擦。 3、 被計量的載貨車重不應超過系統(tǒng)的額定稱量值。 4、 為保證衡器的正常計量，應定期對其進行檢定。 5、 秤臺下部不得卡有異物。 6、司秤操作人員必須通過培訓才能進行操作，修理人員在未掌握必要的知識前，不得隨意拆卸任何部件，以免影響計量精度或使系統(tǒng)損壞。 7、儀表的使用操作者，必須對儀表的說明書進行詳細消化吸收，掌握基本原理，熟悉儀表維護方法之后才能正式操作使用。 8、系統(tǒng)加電前必須檢查電源和接地裝置是否可靠，下班停機必須拔下儀表電源插頭，切斷電源。 三、故障分析1.不歸零（不回零，不稱重）：（1）檢查傳感器輸出信號值是否于標準內(nèi)。（a/d 的總放大碼/使用內(nèi)碼范圍/底碼范圍）；（2）未在標準內(nèi)，請參考第十項目作補償； （3）如無法補償請檢查傳感器是否不良。(請依照第八項作檢測) d)請依照說明書指示，做重量校正。 2.稱重量不準：（1）觀測內(nèi)碼值是否穩(wěn)定，傳感器各部位是否有摩擦現(xiàn)象，穩(wěn)壓電源是否穩(wěn)定，運放電路是否 正常，a/d 電路的線路版是