基于電阻應(yīng)變片的稱重傳感器設(shè)計

1、傳感器課程設(shè)計1第 頁本科生課程設(shè)計成績評定表本科生課程設(shè)計成績評定表姓姓 名名性性 別別專業(yè)、班級專業(yè)、班級課程設(shè)計題目：課程設(shè)計題目：基于電阻應(yīng)變片的稱重傳感器設(shè)計基于電阻應(yīng)變片的稱重傳感器設(shè)計 課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：成績評定依據(jù)：成績評定依據(jù)：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師簽字：簽字： 年年 月月 日日傳感器課程設(shè)計2第 頁課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 工作單位：工作單位： 題題 目目: : 基于電阻應(yīng)變片的基于電阻應(yīng)變片

2、的稱重稱重傳感器設(shè)計傳感器設(shè)計 初始條件：初始條件：要求完成的主要任務(wù)要求完成的主要任務(wù): :時間安排：時間安排： 序 號 內(nèi) 容所 用 時 間1 1 天2 2 天3 1 天4 4 天5 1 天6 1 天 合 計 10 天指導(dǎo)教師簽名：指導(dǎo)教師簽名： 年年 月月 日日系主任（或責(zé)任教師）簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年年 月月 日日傳感器課程設(shè)計I第 頁目錄目錄1.緒論.11.1 概述.11.2 設(shè)計任務(wù)分析.12.方案選擇與分析.22.1 方案選擇.22.1.1 總體方案設(shè)計.22.1.2 硬件的方案設(shè)計與論證.22.2 彈性元件的設(shè)計.42.2.1 彈性元件選擇.42.2.2 雙孔梁受

3、力分析及尺寸設(shè)計.62.3 電阻應(yīng)變片的設(shè)計.72.3.1 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)選擇.72.3.2 應(yīng)變片的材料選擇.72.4 原理簡述.93.檢測電路設(shè)計 .113.1 電橋電路.113.2 電源電路的設(shè)計.123.3 前級放大電路.123.4 檢波濾波電路.133.5 顯示電路設(shè)計.144.傳感器的封裝與裝配.165.誤差源分析及處理 .16傳感器課程設(shè)計II第 頁6.傳感器的標(biāo)定 .177.體會心得.17參考文獻.18附錄 1：元器件清單.19附錄 2：參考程序.20附錄 3：零件圖.23附錄 4：裝配圖.24附錄 5：電路圖.24附錄 5：電路圖.25傳感器課程設(shè)計1第 頁1.1.緒論緒論1.

4、1 概述概述傳感器技術(shù)是利用各種功能材料實現(xiàn)信息檢測的一門綜合技術(shù)學(xué)科，是在現(xiàn)今科學(xué)領(lǐng)域中實現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一?，F(xiàn)代測量、控制與自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是電子信息科學(xué)的發(fā)展，極大地促進了現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展。同時我們也看到，傳感器在日常生活中的運用越來越廣泛，可以說它已成為了測試測量不可或缺的環(huán)節(jié)。因此，學(xué)習(xí)、研究并在實踐中不斷運用傳感器技術(shù)是具有重大意義的。隨著計量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。而且隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用，市場上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不

5、了人們的要求。為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，本文設(shè)計了一種電子秤，論述了儀器的工作原理，介紹了儀器的電路設(shè)計與軟件流程。本系統(tǒng)主要由單片機來控制，測量物體重量部分由稱重傳感器及 A/D 轉(zhuǎn)換器組成，加上顯示單元，此電子秤俱備了功能多、體積小、操作簡單、性能價格比高、功耗低、系統(tǒng)設(shè)計簡單。1.2 設(shè)計任務(wù)分析設(shè)計任務(wù)分析1.正確選取電阻應(yīng)變片的型號、數(shù)量、粘貼方式并連接成電橋；2.選取適當(dāng)形式的彈性元件，完成其機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇和受力分析，并根據(jù)測試極限范圍進行強度校核；3.完成傳感器的外觀與裝配設(shè)計；4.完成應(yīng)變電橋輸出信號的后續(xù)電路的設(shè)計和相關(guān)電路參數(shù)計算，繪制電路原理圖（4

6、號圖紙） ；5.按學(xué)校課程設(shè)計說明書撰寫規(guī)范提交一份課程設(shè)計說明書（6000 字左右） ；6.按機械制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制彈性元件圖（4 號圖紙）,機械裝配圖各一張（3 號圖紙） ； 根據(jù)任務(wù)要求，本次設(shè)計的傳感器測量壓力范圍為 0490N（質(zhì)量范圍是050kg） ，選用雙孔彎曲式彈性元件。傳感器課程設(shè)計2第 頁2.2.方案選擇與分析方案選擇與分析2.1 方案選擇方案選擇2.1.12.1.1 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計方案一：數(shù)碼管顯示，結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖 2-1此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機。由此設(shè)計出的電子秤系統(tǒng)，硬件部分簡單，接口電路易于實現(xiàn)，并且在編程時

7、大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系方案二：前端信號處理時，選用放大、信號轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用具有字符顯示功能的 LCD 顯示器。結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖 2-2綜上比較，我采用方案一。2.1.22.1.2 硬件的方案設(shè)計與論證硬件的方案設(shè)計與論證 關(guān)于硬件部分一些模塊是固定的，所以在此對放大部分以及 AD 轉(zhuǎn)換部分進行方案選擇。（1）放大器部分方案一：利用普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器。普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器會引入大量噪聲。由于信號轉(zhuǎn)換器信號采集信號放大51 單片機信號處理LCD 顯示重量數(shù)據(jù)采集數(shù)碼管顯示重量51 單片機數(shù)據(jù)處理AD轉(zhuǎn)換傳感器課程設(shè)計3第 頁

8、需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此種方案不宜采用。方案二：由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如 OP07)做成一個差動放大器，如下圖所示： 圖 2-3：由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器 電阻 R1、R2 和電容 C1、C2、C3、C4 用于濾除前級的噪聲，C1、C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。優(yōu)點：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器 R6 可以調(diào)節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足

9、滿量程要求。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。方案三：采用專用儀表放大器，如：AD620，INA128 等。此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。綜上所述，我選擇方案三。（2）A/D 轉(zhuǎn)換部分A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來說，可以分為 8 位、10 位、12 位和 16位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價格也就越貴。A/D 轉(zhuǎn)換器型號很多，而其傳感器課程設(shè)計4第 頁轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間在幾微秒到幾百微秒之間。

10、 (2)雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種間接式的 A/D 轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點是抗干擾能力強，精度比較高，缺點是數(shù)度很慢，適用于對轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。 (3)并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉(zhuǎn)換數(shù)度很高，但她采用了很多個比較器，而 n 位的轉(zhuǎn)換就需要 2n-1 個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也很貴，只適用于視頻 A/D 轉(zhuǎn)換器等數(shù)度特別高的領(lǐng)域。 鑒于上面三種方案，在價格、轉(zhuǎn)換速度等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，在本設(shè)計選用的是逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0809（在仿真中選擇 ADC0808） 。（三）單片機的選擇 單片機是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計算機中的一

11、個重要的分支。此系統(tǒng)是由 CPU、隨即存取數(shù)據(jù)存儲器、只讀程序存儲器、輸入輸出電路（I/O 口） ，還有可能包括定時/計數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動電路（LCD和 LED 驅(qū)動電路） 、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一個單塊芯片上，構(gòu)成了一個最小但完善的計算機任務(wù)。單片機要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序，在用 keiluvision4 把程序下載到單片機內(nèi)。 而本設(shè)計選用的是 AT89C51.（四）顯示部分LED 數(shù)碼顯示管是一種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了 8 個 LED 顯示管，其中 7 個用于顯示字符，1 個用來顯示小數(shù)點，故通常稱之

12、為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。對 LED 數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時間向它提供具有一定驅(qū)動能力的位選和段選信號。LED 數(shù)碼顯示有動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。在單片機中，為了節(jié)省硬件資源，多采用動態(tài)掃描顯示法。2.2 彈性元件的設(shè)計彈性元件的設(shè)計2.2.12.2.1 彈性元件選擇彈性元件選擇傳感器課程設(shè)計5第 頁(一)彈性元件的結(jié)構(gòu)選擇圖 2-4：雙孔梁的結(jié)構(gòu)示意圖電阻應(yīng)變片式測力傳感器的彈性元件有柱式，梁式，剪切式。為了改善懸臂梁的特性，在提高動態(tài)特性的同時，增加靈敏度，將梁做成各種形狀，以改善其應(yīng)力分布并增強剛度。常用的梁式傳感器有等強度梁，等截面梁，雙孔梁等。其中雙孔梁是一種改進性的梁，結(jié)

13、構(gòu)如圖 2-4 所示。在梁上有兩個孔，當(dāng)梁的端部有作用力時，梁受彎距作用彎曲變形。將應(yīng)變片貼在與孔對應(yīng)的梁上下表面，R1 與 R2 為拉伸變形，R3 與 R4 為壓縮變形，對應(yīng)應(yīng)變片組成差動電橋，輸出特性線性度好。雙孔側(cè)力傳感器有零彎矩區(qū)，高度小，對加載方式和受力點移動不敏感且抗偏心，抗側(cè)向力。因此選用雙孔梁作為本次設(shè)計的彈性元件。（二）彈性元件的材料選擇在任何情況下，彈性敏感元件應(yīng)該保持良好的彈性特性，足夠的精度和穩(wěn)定性，在長期使用中，當(dāng)溫度變化是都應(yīng)保持穩(wěn)定的特性，因而材料的基本要求有以下幾個方面：1.強度高，彈性極限高；2.具有高的沖擊韌性和疲勞強度；3.彈性模量溫度系數(shù)小而穩(wěn)定；4.熱

14、處理后應(yīng)有穩(wěn)定均勻的組織，且各向同性；5.熱膨脹系數(shù)?。粋鞲衅髡n程設(shè)計6第 頁6.具有良好的機械加工和熱處理特性；7.具有高的抗氧化性，抗腐蝕性能；8.彈性滯后盡量小。彈性元件常用的材料及性能如表 2-1 所示。經(jīng)過比較知合金結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)彈性極限大，線膨脹系數(shù)小，強度高，適合作為負重較大的懸臂梁式傳感器。表 2-1：彈性元件常用的材料及性能牌號名稱彈性模量E（Gpa）線膨脹系數(shù)（10-6/oC）抗拉強度(Gpa)彈性限s（Gpa）30CrMnSiA合金結(jié)構(gòu)鋼2.1102111650130040CrNi不銹鋼2.1410211550200QBe2鈹青銅1.3110216.361250LY12硬鋁0

15、.7210223520342.2.22.2.2 雙孔梁受力分析及尺寸設(shè)計雙孔梁受力分析及尺寸設(shè)計雙孔平行梁：載荷可以施加在任何位置，都可以簡化為作用于梁端部的力F 及一個力偶 M。式中： 距自由端為一定距離的應(yīng)變值； E梁的材料彈性模量； b梁的寬度； h梁的厚度。傳感器課程設(shè)計7第 頁根據(jù)實際量具托盤尺寸設(shè)計彈性元件總長為 140mm,彈性元件最大測量壓力Fmax=50kg9.8N/kg=490N假定 L=60mm,L1=40mm,H=22mm,b=30mm則 WZ=bh2/6=1.810-7m3應(yīng)變最大處的彎矩 Ma=Fmax(L+L1)=49N.m 應(yīng)力 a=Ma/WZ=2.99108P

16、a結(jié)構(gòu)鋼許用應(yīng)力=2s/3=8.67108Paa所以梁的強度滿足要求。最大應(yīng)變 a=a/E=2.99108Pa/2.11011Pa=1.4210-31.510-3所以梁的應(yīng)變滿足應(yīng)變片正常工作的要求。2.3 電阻應(yīng)變片的設(shè)計電阻應(yīng)變片的設(shè)計2.3.12.3.1 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)選擇應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)選擇電阻應(yīng)變片主要分為金屬絲式應(yīng)變片（直徑在 0.0120.05mm 的金屬絲） ，金屬箔式應(yīng)變片（厚度在 0.0010.01mm 的金屬箔） ，金屬薄膜式應(yīng)變片（厚度在 0. 1m 以下的金屬箔） 。由于電阻絲應(yīng)變片有橫向效應(yīng)，對測量精度影響較大，同時降低了靈敏度。金屬薄膜式應(yīng)變片在使用過程中難以控制其電阻

17、與溫度和時間的變化關(guān)系。箔式應(yīng)變片主要有以下優(yōu)點：1. 制造技術(shù)能很好地保證敏感柵尺寸準(zhǔn)確，線條均勻，且能制成任意形狀以適應(yīng)不同的測量要求；2. 敏感柵薄而寬，粘接性能好，傳遞試件應(yīng)變性能好；3. 散熱性能好，允許通過道德電流較大，提高了輸出靈敏度；4. 敏感柵彎頭橫向效應(yīng)可以忽略；5. 蠕變，機械滯后較小，疲勞壽命長。因此選用箔式應(yīng)變片。2.3.22.3.2 應(yīng)變片的材料選擇應(yīng)變片的材料選擇電阻應(yīng)變片主要由電阻敏感柵，基底，覆蓋層，引出線組成。基底是將傳感器彈性元件的表面應(yīng)變傳遞到電阻敏感柵上的中間介質(zhì)，應(yīng)具備良好的絕緣抗傳感器課程設(shè)計8第 頁潮和耐熱性能。覆蓋層起到保護敏感柵的作用，引出線

18、焊接到敏感柵電阻絲的兩端，其結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖 2-5：電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意敏感柵合金材料的選擇對電阻應(yīng)變片的性能起著關(guān)鍵的作用，有以下要求：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，并在所測應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常數(shù)；電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應(yīng)變片；電阻溫度系數(shù)要?。豢寡趸芰Ω?，耐腐蝕性能強；在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強度；加工性能良好,易于拉制成絲或軋壓成箔材；易于焊接，對引線材料的熱電勢小。 常用材料有：康銅、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鐵鎳鉻合金、鉑、鉑鎢合金等，性能如表 2-2。從綜合性能和成本比較，康銅是最合適的材料。表 2-2 電阻應(yīng)變片材料及其性能傳感器課程設(shè)計9第 頁基底有紙基和膠基，現(xiàn)今紙基已逐

19、漸被性能更好的膠基所取代。膠基由環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚酰亞胺等制成膠膜，厚度約 0.030.05mm。本次使用玻璃纖維增強基底的電阻應(yīng)變片，因為其長期穩(wěn)定性好，蠕變小，滯后小，耐熱性好，疲勞壽命高，最適合用于高精度的測量。引出線是從應(yīng)變片的敏感柵中引出的細金屬線。對引線材料的性能要求：電阻率低、電阻溫度系數(shù)小、抗氧化性能好、易于焊接。大多數(shù)敏感柵材料都可制作引線。綜上所述依據(jù):選擇 BH-350-3AA 型號的電阻應(yīng)變片；其參數(shù)如表 2-3 所示：表 2-3：BH-350-3AA 電阻應(yīng)變片參數(shù)型號柵長柵寬（mmmm）標(biāo)稱阻值(歐姆)基底尺寸（mmmm）BH-350-3AA3.03.03507

20、.64.42.4 原理簡述原理簡述（1）框圖電源 供電 電 路89C51單片機傳感器課程設(shè)計10第 頁圖 2-6：系統(tǒng)框圖(2)原理分析本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（壓力傳感器） ，稱重傳感器在受到壓力時會產(chǎn)生電信號，受到不同壓力產(chǎn)生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關(guān)系一般為線性關(guān)系。由于稱重傳感器輸出信號比較小，對 A/D 轉(zhuǎn)換或單片機的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機正常工作，所以需要對輸出的信號進行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號，所以需要對其進行 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以便單片機接收。單片機收到信號后進軟件的一系列處理后把處理后的信號物重顯示于 LED 上。在本系

21、統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分： AT89C51 的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、壓力傳感器電路、放大電路、檢波濾波電路 、AD 轉(zhuǎn)換電路以及顯示電路組成。電阻應(yīng)變式傳感器為本課程設(shè)計的主要部件，傳感器中的彈性元件感受物體的重力并將其轉(zhuǎn)化為應(yīng)變片的電阻變化，再利用交流全橋測量原理得到一定大小的輸出電壓，通過電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型，在顯示表頭中將電壓（V）改為質(zhì)量（kg）即可實現(xiàn)對物品質(zhì)量的稱重。本次課程設(shè)計所測質(zhì)量范圍是 0-50kg，同時也將后續(xù)處理電路的電壓處理為與之對應(yīng)的 0-5V。AD 轉(zhuǎn)換模塊 顯示模塊放大模塊壓力傳感器傳感器課程設(shè)計11第 頁3.3.檢

22、測電路設(shè)計檢測電路設(shè)計3.1 電橋電路電橋電路電橋電路選用全橋電路，因為全橋電路具有靈敏度高，線性度好且具有溫度補償?shù)墓δ?。電路如圖 3-1 所示，電橋使用交流電供電。圖 3-1：全橋電路電阻應(yīng)變片按圖 3-1 的方式布置，則有(1-2-3+4)=4UinKUo FEbhUinKL23式中 Uin驅(qū)動電壓 U0電橋輸出電壓 K應(yīng)變片靈敏系數(shù)圖 3-1 中電位器 RV1 取 10K，固定電容 C1 取 0.1uf，電位器與電容組成電容調(diào)零電路。改變電位器上的滑動觸點的位置，以改變并聯(lián)到橋臂上的阻容串聯(lián)而形成的阻抗相角，可達到平衡條件。為了提高電橋的輸出靈敏度，驅(qū)動電壓適當(dāng)?shù)厝〈笠恍?。根?jù)公式式中

23、 Rg-應(yīng)變片電阻；Fg-敏感柵面積；PG-敏感柵上的功率密度，可取 PG=（1.63.1）10-3W/mm2根據(jù)表 2-3 電阻應(yīng)變片參數(shù)得全橋供電電壓，取 PG=3.110-3W/mm2Ui=2，VV25. 6101 . 30 . 30 . 33503則正弦驅(qū)動電壓幅值 Uin=Ui=8.8V,取 Uin=9V.2傳感器課程設(shè)計12第 頁此時電阻應(yīng)變片上的有效電流 I=Uin/Rg=18mA25 mA2所以驅(qū)動電壓值符合要求。3.2 電源電路的設(shè)計電源電路的設(shè)計交流電壓用于驅(qū)動電橋，作為測量信號的載波信號。由于測量信號較低，設(shè)計交流電壓信號頻率為 5KHz。信號發(fā)生電路如圖 3-2 所示：

24、圖 3-2：交流驅(qū)動信號發(fā)生器 電路采用 ICL8038 精密函數(shù)發(fā)生器，其具有電壓范圍寬，穩(wěn)定度高，精度高，易于使用等優(yōu)點，可同時產(chǎn)生方波，正弦波，三角波。如圖 3-2 所示電路，正弦輸出信號頻率 f=,取 R17=10K,由 f=5KHz 得 C=6nf,取標(biāo)準(zhǔn)值 6.2nf,5173 . 0CR則 f=4.84KHz。ICL8038 輸出地正弦信號經(jīng)過電位器 RV3 分壓后經(jīng)放大器 U6 放大，輸出作為電橋的驅(qū)動電壓。3.3 前級放大電路前級放大電路 由于傳感器輸出的電壓比較小，因此需對其進行放大使之滿足后續(xù)電路的處理要求。鑒于傳感器輸出可能雜有共模電壓，為此，選取具有高共模抑制比的 A

25、D620 作為放大器來達到凈化信號電壓和充分節(jié)約成本和制造的空間的目的。傳感器課程設(shè)計13第 頁圖 3-3：AD620 放大器由于電橋在滿量程時輸出電壓 UO=7mVFEbhUinKL23因此放大電路總增益 Av=5V/7mV=714.3 圖 3-4：AD620 內(nèi)部方框圖其放大增益為：54 .491RKG 為了將 7mV 的電壓放大到 5V，需要放大 714.3 倍，為此選擇分配級為1007這里放大 100 倍，因此解得 R5=499。 3.4 檢波濾波電路檢波濾波電路傳感器課程設(shè)計14第 頁圖 3-5：檢波濾波電路為了從調(diào)幅信號中分離出所需要的測量信號，必須采用檢波和濾波電路。本次設(shè)計中采

26、用全波精密包絡(luò)檢波電路，電路如圖 3-5 所示。設(shè)計低通濾波器的截止頻率為 40Hz,由得 C=0.0995uf,取標(biāo)準(zhǔn)值 C=0.1uf。RCw1圖 3-6：后續(xù)直流放大器設(shè)計的增益為 7，取 R14=10K,，則 R16=70K。1416RRK3.5 顯示電路設(shè)計顯示電路設(shè)計顯示電路是傳感器顯示對應(yīng)的測量值和標(biāo)定中的重要部分。本次設(shè)計采用8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的 ADC0809，單片機和 LED 顯示電路顯示測量的質(zhì)量值。電路如圖 3-7 所示傳感器課程設(shè)計15第 頁圖 3-7：顯示電路A/D 轉(zhuǎn)換電路的量程是 05V. 傳感器課程設(shè)計16第 頁4.4.傳感器的封裝與裝配傳感器的封裝與裝配

27、 傳感器的封裝是為了保護電阻應(yīng)變敏感元件和彈性元件不受周圍化學(xué)，物理因素的影響，同時固定引線。本次設(shè)計采用柔軟，彈性模量不變的橡膠紋膜將電阻應(yīng)變片密封，同時接線插座或電纜線需要密封，方法是采用絕緣材料將接線插座或電纜鑄在里面，一端與應(yīng)變敏感元件的引出線焊接，另一端接插座或焊接測量導(dǎo)線。傳感器的裝配如附件。5.5.誤差源分析及處理誤差源分析及處理5.1 電阻應(yīng)變片引起的誤差電阻應(yīng)變片引起的誤差 實際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測試件的溫度)影響很大。由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又稱熱輸出。因環(huán)境溫度

28、改變而引起電阻變化的兩個主要因素：1.應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；2.電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。 溫度誤差可以通過橋路進行補償，本次設(shè)計的全橋電路很好地實現(xiàn)了溫度補償，其次電橋還有非線性誤差，由于對金屬絲應(yīng)變片，電橋非線性誤差可以忽略，所以對本次設(shè)計影響不大。最后對于如同工頻等的干擾，我們盡量通過電路的優(yōu)化除去干擾，如通過高共模抑制比儀放以及低通濾波器進行改進。5.2 影響傳感器穩(wěn)定的其他因素影響傳感器穩(wěn)定的其他因素1.稱重傳感器的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的性能波動，通過將其設(shè)計成一個整體的結(jié)構(gòu)可以很好的保證其最佳技術(shù)性能和長期的穩(wěn)定性；2.機械加工過程中導(dǎo)致的彈性元件表面的殘余應(yīng)力

29、，可通過回火處理減小殘余應(yīng)力的影響；3.應(yīng)變粘接劑強度不足導(dǎo)致應(yīng)變片產(chǎn)生蠕變等誤差，可通過嚴格控制膠層厚度，由于薄的膠層需要更大的應(yīng)力才能變形，應(yīng)變傳遞性能好，只要密封合理就可達到較高的穩(wěn)定水平。傳感器課程設(shè)計17第 頁6.6.傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定 傳感器的標(biāo)定即利用精度高一級的標(biāo)準(zhǔn)量具對傳感器進行定度的過程，通過實驗建立傳感器輸出量與輸入量之間的對應(yīng)關(guān)系。對于本次設(shè)計的稱重傳感器采用靜態(tài)標(biāo)定，標(biāo)定過程如下:(1) 將傳感器量程分為從 050kg 的若干個等距點；(2) 根據(jù)傳感器量程分點情況，使用砝碼從小到大逐漸一點一點加載，并記錄下各輸入值對應(yīng)的顯示電路的輸出值；(3) 將輸入值由大到

30、小一點一點地減小下來，同時記錄下與各輸入值相對應(yīng)的輸出值；(4) 按（2） （3）所述過程，對傳感器進行正，反行程往復(fù)循環(huán)多次測試，將得到得輸入-輸出測試數(shù)據(jù)用表格列出并畫出曲線；(5) 對數(shù)據(jù)曲線的擬合曲線進行計算，得出輸出與輸入的對應(yīng)關(guān)系，完成標(biāo)定。7.7.體會心得體會心得通過這次課設(shè)，我進一步體會到了工具的重要性，這包括軟件操作，工具書等方面。因為我們不可能學(xué)富五車，因而就有必要翻閱文獻資料，如設(shè)計用到的相關(guān)書籍，標(biāo)準(zhǔn)手冊等等。同時，具備較好的計算機水平也會給我們帶來巨大的益處，比如數(shù)學(xué)公式的編輯，等等。但反過來說，通過這樣的課程設(shè)計，也會加深我們對工具的了解和形成對其客觀的認識，我想這

31、對我們以后在工作和生活中有比較好的視野和思維是有巨大幫扶作用的。 總之，本次課設(shè)不僅加強了我對傳感器的認識，更重要的是，它讓我掌握了做設(shè)計應(yīng)有的環(huán)節(jié)與步驟，也使我懂得了如何去結(jié)合理論知識分析解決現(xiàn)實問題，同時也讓我學(xué)到了很多以前沒有接觸到的知識和相關(guān)計算機方面的操作。傳感器課程設(shè)計18第 頁參考文獻參考文獻【1】傳感器技術(shù)手冊 主編：袁希光 國防工業(yè)出版社 1986 年【2】應(yīng)力應(yīng)變電測技術(shù) 主編：鄭秀瑗 國防工業(yè)出版社 1985 年 【3】電阻應(yīng)變式傳感器 陶寶琪主編 機械工業(yè)出版社 1993 年【4】電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)用技術(shù) 王云章主編 機械工業(yè)出版社 1991 年【5】機械設(shè)計手冊 機械

32、工業(yè)出版社 1980 年【6】傳感器設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計指南 單成祥等 國防工業(yè)出版社，2007 年【7】單成祥.傳感器的理論與設(shè)計基礎(chǔ)及應(yīng)用.國防工業(yè)出版社 1999 年【8】侯國章編著.測試與傳感技術(shù).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1998【9】劉燦軍編著.實用傳感器.國防工業(yè)出版社 2004 年傳感器課程設(shè)計19第 頁附錄附錄 1 1：元器件清單：元器件清單傳感器課程設(shè)計20第 頁附錄附錄 2 2：參考程序：參考程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ST=P20; /啟動轉(zhuǎn)換位sbit OE=P22; /輸出允許位sbit ALE=P23; /地址允許