電橋在應(yīng)變式傳感器中的應(yīng)用研究與分析255247

1、畢業(yè)論文題 目: 電橋在應(yīng)變式傳感器中的應(yīng)用研究與分析 IV摘 要信息科學(xué)是眾多領(lǐng)域中發(fā)展最快的一門學(xué)科，也是最具有發(fā)展活力的學(xué)科之一。信息科學(xué)中的四大環(huán)節(jié)（信息捕獲、提取、傳輸、處理）時(shí)人們最關(guān)心、對(duì)社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步起著十分重要的作用的重要內(nèi)容。信息捕獲技術(shù)是信息科學(xué)最前端的一個(gè)陣地和手段，而信息捕獲的主要工具就是傳感器。傳感器作為測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)象信息的入口，在現(xiàn)代化事業(yè)中的重要性已被人們所認(rèn)識(shí)。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，國(guó)內(nèi)外已將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的科技領(lǐng)域之一。自電橋測(cè)量原理問世至今的一百六十余年以來(lái)，人們相繼研制和應(yīng)用了品種繁多、技術(shù)指標(biāo)各異的測(cè)量電橋。可以說，電橋在電氣與電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域里

2、擔(dān)負(fù)著準(zhǔn)確地測(cè)量電阻、電容、電感、互感等電路參數(shù)和其它與此相關(guān)的待測(cè)量的重要作用。本文通過對(duì)幾種電橋的理論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)分析，論證了全橋電橋的優(yōu)越性與準(zhǔn)確性，并通過稱重傳感器的具體事例來(lái)論述電橋在傳感器電路中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：傳感器、惠斯通電橋、非線性分析、靈敏度分析、稱重傳感器 Title Bridge application research and analysis on the strain sensor AbstractInformation science is one of the fastest growing in many fields subjects, also is one

3、of the most dynamic subjects in the most. Four links of information science (information capture, extraction, transmission, processing) when people most concerned about, to the social development and progress is an important content of plays a very important role. Information capture technology is o

4、ne of the most front end position and information science, and the main tools of information capture is sensor. Sensor as the measurement and control system in the entry of the object information, the importance in the modernization drive has been known. With the coming of information age, both at h

5、ome and abroad have given priority to the development of sensor technology as one of the areas of science and technology.Since bridge principle come out of more than one hundred and sixty years ago, people have developed and applied a variety, various technical indicators measuring bridge. Bridge, a

6、s it were, in the field of electrical and electronic measurement technology for the accurately measuring the resistance, capacitance and inductance, mutual inductance circuit parameter and other related to the important role of measurement. This article through the analysis of the theoretical and ex

7、perimental test of several bridge, expounds the superiority and the accuracy of the whole bridge bridge, and bridge is discussed through specific examples of the weighing sensor in the application of the sensor circuit.Keywords ： sensor、 wheatstone bridge 、nonlinear analysis 、 sensitivity analysis 、

8、weighing sensor 目 次 （4號(hào)黑體，居中）1 引言（或緒論）（作為正文第1章，小4號(hào)宋體，行距18磅，下同） 12 （正文第2章） Y2.1 （正文第2章第1條） Y2.2 （正文第2章第2條） Y2.X （正文第2章第X條） Y3 （正文第3章） Y（略）X （正文第X章） Y結(jié)論 Y致謝 Y參考文獻(xiàn)Y附錄A （必要時(shí)） Y附錄B （必要時(shí)） Y圖1 （必要時(shí)） Y圖2 （必要時(shí)） Y表1 （必要時(shí)） Y表2 （必要時(shí)） Y注：1. 目次中的內(nèi)容一般列出“章”、“條”二級(jí)標(biāo)題即可；2Y表示具體的阿拉伯?dāng)?shù)字；3. 目錄前的頁(yè)碼采用羅馬數(shù)字。列如：I、II。1 引言傳感器技術(shù)是在

9、20世紀(jì)的中期才剛剛問世的。在那時(shí)，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展都還比較落后，不少先進(jìn)的成果仍停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，并沒有投入到實(shí)際生產(chǎn)與廣泛應(yīng)用中，轉(zhuǎn)化率比較低。在國(guó)外，傳感器技術(shù)主要是在各國(guó)不斷發(fā)展與提高的工業(yè)化浪潮下誕生的，并在早期多用于國(guó)家級(jí)項(xiàng)目的科研研發(fā)以及各國(guó)軍事技術(shù)、航空航天領(lǐng)域的試驗(yàn)研究。然而，隨著各國(guó)機(jī)械工業(yè)、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等相關(guān)信息化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以日本和歐美等西方國(guó)家為代表的傳感器研發(fā)及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳感器技術(shù)已在國(guó)際市場(chǎng)中逐步占有了重要的份額。隨著傳感器技術(shù)的日益發(fā)展，電橋作為信號(hào)轉(zhuǎn)換的重要橋梁，也越來(lái)越多的在傳感器中得到應(yīng)用與發(fā)展，而且

10、顯示出越來(lái)越重要的作用。11 傳感器1.1.1 傳感器的定義傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髂軐⒚舾性妮敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸?shù)臏y(cè)量的電信號(hào)部分。1.1.2 傳感器的分類 傳感器的種類繁多，不勝枚舉。傳感器的分類方法很多，主要有以下幾種。按輸入量分為位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等；按工作原理分為應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等；按輸出信號(hào)分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。1.1.3 傳感器的地位與發(fā)展 人類社會(huì)已進(jìn)入信息時(shí)代，人們的社會(huì)活

11、動(dòng)主要依靠對(duì)信息資源的開發(fā)及獲取、傳輸與處理。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口地位，即檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首。因此，傳感器成為感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過程要獲取的信息，狗咬通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換為容易輸入與處理的電信號(hào)，所以傳感器的作用與地位特別重要。傳感器技術(shù)所涉及的知識(shí)非常廣泛，滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。但是它們的共性是利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物特性，將非電量轉(zhuǎn)換成電量。所以，如何采用新技術(shù)、新工藝、新材料以及探索新理論達(dá)到高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換是總的發(fā)展途徑。1.1.4 應(yīng)變式電阻傳感器在幾何量和機(jī)械量測(cè)量中，最常用的傳感器是某些金屬和半導(dǎo)體制成的應(yīng)變片式傳感器。

12、應(yīng)變片式電阻傳感器是以應(yīng)變片為傳感元件的傳感器。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。設(shè)有一根電阻絲，它在未受力里的原始電阻值為式中電阻絲的電阻率 電阻絲的長(zhǎng)度 S電阻絲的截面積 電阻絲在外力F作用下，將引起電阻變化R，且有 令電阻絲的軸向應(yīng)變?yōu)?，徑向?yīng)變?yōu)?由材料力學(xué)可知，為電阻絲材料的泊松系數(shù)，經(jīng)整理可得通常把單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，其表達(dá)式為從上式可以明顯看出，電阻絲靈敏系數(shù)由兩部分組成：（1+2）表示受力后由材料的幾何尺寸變化引起的；表示由材料電阻率變化引起的。對(duì)于金屬材料，項(xiàng)的值要小得多，可以忽略，故。大量實(shí)

13、驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比，即=1.73.6， 應(yīng)變式電阻傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）精度高，測(cè)量范圍廣 （2）使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定可靠 （3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小，重量輕，因此在測(cè)試時(shí)，對(duì)工件工作狀態(tài)及應(yīng)力分析影響小。 同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)，如在大應(yīng)變狀態(tài)下具有較大非線性，輸出信號(hào)微弱，不適用于高溫環(huán)境等。1.2 電橋1.2.1電橋的定義及分類一般地，被測(cè)量是非常微弱的，必須用專門的電路來(lái)測(cè)量這種微弱的變化，最常用的電路就是各種電橋電路，主要有直流和交流電橋電路。電橋又分為單臂電橋、半橋和全橋，其靈敏度依次提高。根據(jù)使用電源的不同，分為直流和交流電橋。1.2.2

14、幾種電橋電路的理論分析 （1） 單臂電橋只接入一個(gè)應(yīng)變電阻片， 其余為固定電阻。 設(shè)電橋的橋臂比為 ， 根據(jù)電橋的工作原理， 并忽略一些極小的無(wú)影響的量， 可以得到輸出電壓的表達(dá)式為 ， 同時(shí)得到單臂電橋靈敏度表達(dá)式=單臂電橋的實(shí)際輸出電壓與電阻變化的關(guān)系是非線性的， 存在非線性誤差， 故不常使用。（2） 半橋如圖， 接入兩個(gè)應(yīng)變片，一片受拉力一片受壓力，兩者應(yīng)變符號(hào)相反， 設(shè)初始狀態(tài)為R1=R2=R3=R4=R, R1=R2=R，可以得到電壓表達(dá)式 ，半橋靈敏度表達(dá)式，可見輸出電壓與電阻的變化嚴(yán)格呈線性關(guān)系，不存在線性誤差， 靈敏度比單臂電橋提高了一倍。（3）全橋全部電阻都使用應(yīng)變電阻， 且

15、相鄰的兩個(gè)臂的受力方向相反，電橋平衡時(shí)，R1=R2=R3=R4=R根據(jù)電橋性質(zhì)可以得到電壓及靈敏度的表達(dá)式 ， ，可見差動(dòng)電橋的靈敏度比單臂電橋提高了4倍，故廣泛被使用。在電橋電路中，將與工作電阻同側(cè)的固定電阻更換成相同受力方向的補(bǔ)償片， 且原始電阻值相等；這樣在實(shí)際使用中，由于溫度造成的電阻值變化被抵消，且補(bǔ)償片不受力，故可以消除電壓的漂移輸出。2 應(yīng)變式傳感器電橋電路的理論分析 眾所周知，將粘貼在彈性元件應(yīng)變區(qū)上的電阻應(yīng)變片，按相對(duì)臂應(yīng)變方向相同、相鄰臂應(yīng)變方向相反的原則，組成惠斯通電橋電路，即稱重傳感器的初始電路。這一傳感器雖然可以使用，但由于內(nèi)在的各種影響因素和外部環(huán)境條件的影響，其輸

16、出特性將會(huì)較大地偏離理想的輸出特性，主要性能指標(biāo)均較差，達(dá)不到高準(zhǔn)確度稱重傳感器的技術(shù)要求。為了提高稱重傳感器的綜合性能指標(biāo)和互換性，就必須采用各種電路補(bǔ)償和性能調(diào)整技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行逐個(gè)逐項(xiàng)的電路補(bǔ)償與調(diào)整。主要補(bǔ)償與調(diào)整項(xiàng)目有:零點(diǎn)溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)輸出補(bǔ)償、線性補(bǔ)償、靈敏度溫度補(bǔ)償、靈敏度標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整、輸出電阻標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整和輸入電阻標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整等。理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，稱重傳感器的電路補(bǔ)償與調(diào)整，應(yīng)嚴(yán)格按照上述順序進(jìn)行。電路補(bǔ)償與調(diào)整技術(shù)是稱重傳感器研制和批量生產(chǎn)過程中的重點(diǎn)技術(shù)和關(guān)鍵工藝，應(yīng)盡量配備比較先進(jìn)的工藝裝備和完善的檢測(cè)手段，以保證取得準(zhǔn)確可靠的測(cè)試結(jié)果，達(dá)到較高的補(bǔ)償精度要求。2.1零點(diǎn)

17、溫度補(bǔ)償 稱重傳感器在無(wú)外載負(fù)荷作用時(shí)的輸出稱為零點(diǎn)輸出。零點(diǎn)輸出受環(huán)境溫度的影響，隨環(huán)境溫度的變化而變化，這稱之為零點(diǎn)溫度漂移。引起稱重傳感器零點(diǎn)溫度漂移的因素很多，歸納起來(lái)主要有如下幾點(diǎn): 彈性元件、電阻應(yīng)變計(jì)、應(yīng)變粘結(jié)劑的線膨脹系數(shù)不同，彈性元件的縱向和橫向膨脹率不同，電阻應(yīng)變計(jì)基底和應(yīng)變粘結(jié)劑底膜的厚度不同，在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱脹冷縮，使電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵變長(zhǎng)或縮短，引起電阻值變化; 電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)不為零，各電阻應(yīng)變計(jì)之間又有一定的分散度，而且敏感柵材料的電阻率也隨環(huán)境溫度而變化，這都會(huì)引起電阻值的改變; 由于各電阻應(yīng)變計(jì)的引出線及連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度

18、不同，溫度變化可引起電橋?qū)Ь€的電阻變化; 不同材料焊點(diǎn)之間存在著較小的熱電勢(shì)，也可以引起電阻變化; 彈性元件與外殼的溫度系數(shù)不同，彈性元件曲率的影響，大氣壓力波動(dòng)等影響，雖然比上述各項(xiàng)影響小，但也會(huì)使電阻值稍有變化。 上述這些變化都直接影響著稱重傳感器的零點(diǎn)輸出，而產(chǎn)生較大的零點(diǎn)溫度漂移。為了消除上述因素的影響，減小零點(diǎn)溫度漂移，但由于其特點(diǎn)的分散以及粘貼、固化等工藝的影響，即使采用溫度自補(bǔ)償電阻應(yīng)變計(jì)，仍不能使引起溫度漂移的因素全部抵消，所以零點(diǎn)輸出在環(huán)境溫度變化時(shí)還會(huì)有所變化。減小零點(diǎn)溫度漂移最有效的方法，就是對(duì)傳感器逐個(gè)進(jìn)行零點(diǎn)溫度補(bǔ)償。 引起傳感器零點(diǎn)溫度漂移的各種因素，都可以看成是因

19、電橋電路四個(gè)橋臂的電阻溫度系數(shù)不一致而造成的。解決的方法就是找出電橋電路中電阻溫度系數(shù)小的橋臂，在其上串入一個(gè)電阻溫度系數(shù)較大的零點(diǎn)溫度補(bǔ)償電阻R,以提高這個(gè)橋臂的電阻溫度系數(shù)。只要選擇合適的補(bǔ)償電阻R值，就可以起到對(duì)零點(diǎn)溫度漂移抵消的作用。 2.2零點(diǎn)輸出補(bǔ)償應(yīng)變式稱重傳感器多采用全橋式等臂電橋。因?yàn)槿珮蚴届`敏度最高，等臂電橋各橋臂參數(shù)基木一致.所以便于抵消各種干擾量的影響。 盡管稱重傳感器有嚴(yán)格的制造工藝規(guī)程，電阻應(yīng)變計(jì)都經(jīng)過認(rèn)真測(cè)試篩選，但使其電阻值完全相同是不可能的，而且在粘貼、加壓、固化工藝過程中，電阻值還會(huì)發(fā)生變化。由于組成電橋的各橋臂的電阻應(yīng)變計(jì)電阻值的不同和改變量的不一致，將導(dǎo)

20、致傳感器在無(wú)外載荷作用時(shí)產(chǎn)生較大的零點(diǎn)輸出。為了減小測(cè)量誤差和便于各種測(cè)量?jī)x器儀表的調(diào)零，應(yīng)盡量使傳感器的零點(diǎn)輸出接近于零或控制在允許的誤差范圍之內(nèi)。上述使零點(diǎn)輸出近似為零所進(jìn)行的調(diào)整，稱之為零點(diǎn)輸出補(bǔ)償。 零點(diǎn)輸出補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ?在無(wú)外載負(fù)荷作用時(shí)，測(cè)出傳感器的零點(diǎn)輸出值，然后在某一橋臂中串接一個(gè)低電阻溫度系數(shù)的零點(diǎn)輸出補(bǔ)償電阻Rz。 對(duì)零點(diǎn)輸出補(bǔ)償電阻Rz的要求是:電阻率要高;電阻溫度系數(shù)a要小;應(yīng)變靈敏系數(shù)K要低。一般多采用直徑為(D0.10-0. 12mm的漆包錳銅絲，(a=0. 000015/ C )或漆包康銅絲(a=0. 00002/C).零點(diǎn)輸出補(bǔ)償是很容易的工藝，但要長(zhǎng)期保持傳感

21、器具有較高的零點(diǎn)輸出穩(wěn)定性是十分困難的。影響零點(diǎn)輸出穩(wěn)定性的因素很多,主要有:(1）彈性元件、應(yīng)變計(jì)墓底膠膜、應(yīng)變粘結(jié)劑涂層幾何尺寸的改變;(2）彈性元件冷、熱加工殘余應(yīng)力和電阻(3）應(yīng)變計(jì)箔材加工殘余應(yīng)力的釋放;電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵殘余腐蝕的影響;(4）應(yīng)變粘結(jié)劑固化不完全,在使用過程中繼續(xù)發(fā)生體積變化;(5）應(yīng)變枯結(jié)劑的介電常數(shù)變化,改變了電阻應(yīng)變計(jì)的寄生電容;(6）應(yīng)變粘結(jié)劑因受潮而膨脹,引起應(yīng)變計(jì)電解與腐蝕;(7)傳感器引出線與電阻應(yīng)變計(jì)基底之間的絕緣電阻及電阻應(yīng)變計(jì)與彈性元件之間的絕緣電阻的變化;(8)電阻材料的氧化而引起的電阻變化;(9)由于彈性元件與電阻應(yīng)變計(jì)的線膨脹系數(shù)不同,加之零

22、點(diǎn)溫度補(bǔ)償不精確,環(huán)境溫度變化將產(chǎn)生零點(diǎn)漂移;以上這些影響傳感器零點(diǎn)不穩(wěn)定的因素,大多數(shù)是可以通過改進(jìn)制造工藝、提高補(bǔ)償精度、改善防潮密封等方法加以克服的,有些則需要有關(guān)基礎(chǔ)元器件和密封填料制造廠家相互配合、共同攻關(guān)來(lái)解決?？傊?零點(diǎn)的穩(wěn)定性是同靈敏度的穩(wěn)定性一樣重要的問題.應(yīng)引起傳感器研制與生產(chǎn)廠家的足夠重視。3 應(yīng)變式傳感器電橋電路的性能測(cè)試3.1模擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸诜抡孳浖型ㄟ^對(duì)電路的模擬來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證上述對(duì)單臂、半橋和全橋電路的理論分析，并為隨后的實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)裝置：multisim10.0仿真軟件實(shí)驗(yàn)過程：（1）在仿真軟件中連接各種實(shí)驗(yàn)電路（2）調(diào)零單臂電路半橋電路全橋電路（3

23、）在各電路中每改變20歐姆的電路，記錄電路的輸出電壓?jiǎn)伪垭娐罚喊霕螂娐罚喝珮螂娐罚海?）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了前邊關(guān)于各種電橋電路靈敏度的理論分析。3.2 應(yīng)變式傳感器的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）學(xué)習(xí)應(yīng)變式傳感器的工作原理 （2）了解全橋測(cè)量電路的有點(diǎn) （3）了解應(yīng)變式直流全橋的應(yīng)用及電路標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、15V電源、4V電源、萬(wàn)用表。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖連接實(shí)驗(yàn)電路（2）改變托盤上砝碼的質(zhì)量記錄輸出電壓（3）記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果單臂電橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)半橋電路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：全橋電路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：（4）數(shù)據(jù)處理：?jiǎn)伪垭娐罚喊霕螂娐罚喝珮螂娐罚海?/p>

24、5）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析可得全橋性能優(yōu)于半橋性能,半橋性能優(yōu)于單臂電橋性能,故我們?cè)O(shè)計(jì)傳感器時(shí)可根據(jù)測(cè)量對(duì)象的精度不同對(duì)之進(jìn)行選擇,當(dāng)然良好性能的電橋需要與之相配套的差分放大整合回路,材料的要求也比較高,在具體的測(cè)量中要根據(jù)測(cè)量的精度要求選取合適的電橋.4 電子稱的設(shè)計(jì)與應(yīng)用4.1電子稱概述稱重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用與工農(nóng)業(yè)、科研、交通內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子稱是電子衡器中的一種，衡器是國(guó)家法定計(jì)量器具，是國(guó)際民生、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

25、的提高。因此稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國(guó)都非常重視。我國(guó)電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在全電子型和數(shù)字電子型。我國(guó)電子電氣的技術(shù)裝備和檢測(cè)試驗(yàn)手段基本達(dá)到國(guó)際水平，電子衡器制造技術(shù)和應(yīng)用得到了新發(fā)展。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展；計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量想多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，特別是對(duì)快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。電子稱屬于電子衡器的一種，它的發(fā)展也遵循這一趨勢(shì)。隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來(lái)了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測(cè)量?jī)x器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器

26、在遠(yuǎn)距離、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。作為重量測(cè)量?jī)x器，自能電子稱在各行各業(yè)開始顯現(xiàn)其測(cè)量準(zhǔn)確、測(cè)量速度快、易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點(diǎn)，并開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測(cè)量稱，成為測(cè)量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。4.2電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)近幾年，國(guó)內(nèi)的電子稱重系統(tǒng)從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。電子稱重技術(shù)逐漸從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展，從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展，從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展。電子稱重系統(tǒng)制造技術(shù)及其應(yīng)用得到了新發(fā)展。在國(guó)際上，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在電子稱重力一面，從技

27、術(shù)水平、品種和規(guī)模等方到了較高的水平。特別是在準(zhǔn)確度和可靠性等方面有了很大的提高。目前，電子秤在稱量速度方面需要進(jìn)一步的研究。在稱重傳感器方面，國(guó)外產(chǎn)品的品種和結(jié)構(gòu)又有創(chuàng)新，技術(shù)功能和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。電子秤產(chǎn)品量大面廣、種類繁多，從通用的各種規(guī)格的電子秤到大型的電子稱重系統(tǒng)，從單純的稱重、計(jì)價(jià)到生產(chǎn)過程檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)測(cè)量控制單元，其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)大。根據(jù)近年來(lái)電子稱重技術(shù)和電子衡器的發(fā)展情況及電子衡器市場(chǎng)的需求，電子衡器總的發(fā)展動(dòng)向?yàn)椋盒⌒突⒛K化、智能化、集成化；其技術(shù)性能趨向于速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其應(yīng)用性趨向于綜合性、組合性。小型化：體積小、高度低、重量輕，即小薄

28、輕。為使電子衡器的承載器達(dá)到小、薄、輕，開始采用重量輕且剛度大的空心波紋銅板和方形閉合截面的薄壁型材。 模塊化：電子衡器的承載器采用模塊式一體組合或分體組合，產(chǎn)生新的品種和規(guī)格。這種模塊化組合不但提高了產(chǎn)品的通用性和可靠性，而且也大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。 智能化：與電子計(jì)算機(jī)組合或開發(fā)稱重用計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)的智能來(lái)增加稱重顯示控制的功能，使其在原有功能的基礎(chǔ)上增加判斷、自診斷、自適應(yīng)、自組織等功能。 集成化：對(duì)于某些品種和結(jié)構(gòu)的電子衡器，可以實(shí)現(xiàn)承載器與稱重傳感器一體化或承載器、稱重傳感器與稱重顯示控制器一體化。綜合性：電子稱重技術(shù)和電子衡器產(chǎn)品的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，它已滲透到一些學(xué)科

29、和工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。對(duì)某些商用電子計(jì)價(jià)秤而言，只具備稱重、計(jì)價(jià)、顯示、打印功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動(dòng)化緊密結(jié)合，使稱重、計(jì)價(jià)、進(jìn)庫(kù)、銷售管理一體化，實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化。這就要求電子計(jì)價(jià)秤能與電子計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的綜合控制系統(tǒng)。組合性：在工業(yè)生產(chǎn)過程或工藝流程中，不少稱重系統(tǒng)還應(yīng)具有可組合性，即：測(cè)量范圍可以任意設(shè)定；硬件能夠依據(jù)不定的程序進(jìn)行修改和擴(kuò)展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可使用不同的語(yǔ)言，并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行通信。4.3電子秤的設(shè)計(jì)要求(1) 電子秤稱重范圍：010Kg；重量誤差不大于0.1Kg；(2) 液晶

30、顯示：所稱物體重量、輸入物品單價(jià)、金額；(3) 當(dāng)物品重量超過電子秤量程，即過載情況，具有超重報(bào)警功能。4.4電子稱工作原理電子秤的工作原理如下：當(dāng)物體放在秤盤上時(shí)，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時(shí)使用激勵(lì)電壓發(fā)生變化，輸出一個(gè)變化的模擬信號(hào)；該信號(hào)經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號(hào)輸出至單片機(jī)；單片機(jī)進(jìn)行處理、運(yùn)算后將結(jié)果送至顯示器進(jìn)行顯示。圖2-1 系統(tǒng)工作原理4.5數(shù)字電子秤的基本組成電阻應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)三運(yùn)放大電路放大信號(hào)顯示電路A/D轉(zhuǎn)換電路數(shù)字電子秤一般由以下5部分組成：傳感器、信號(hào)放大系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、顯示器、和量程切換系統(tǒng)。

31、其原理圖如圖所示。電子秤的測(cè)量過程實(shí)際是通過傳感器將被測(cè)物體的重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，放大系統(tǒng)把來(lái)自傳感器的微弱信號(hào)放大，放大后的電壓信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù)字量通過顯示器顯示重量。（1）傳感器電子秤傳感器的測(cè)量電路通常使用橋式測(cè)量電路，它將應(yīng)變電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，這就是傳感器輸出的電信號(hào)。電橋電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓U，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓Uo。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。圖（2） 全橋測(cè)量電橋

32、圖（其中V0輸出為02mv）激勵(lì)電壓: 9VDC12VDC ； 靈敏度: 20.1mV/V輸入阻抗: 40510 ； 輸出阻抗: 3503 極限過載范圍: 150% ； 安全過載范圍: 120%使用溫度范圍: -20+60（2） 三運(yùn)放大電路在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須通過一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。 圖（3）三運(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖 為使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小，傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)秤重、測(cè)力、轉(zhuǎn)矩及壓力測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)更精確廣泛采用全橋接電阻傳感器的方法。大多數(shù)橋接傳感器都要求較高的激勵(lì)電壓（通常為10 V），同時(shí)輸出較低的滿量程差動(dòng)電壓，約為2 mV/V。傳感器的輸出通常由儀表放大器加以放大。（3）A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓或電流成與它成正比的數(shù)字量