傳感器應(yīng)用-電子秤制作

1、項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作 壓力檢測(cè)壓力檢測(cè)傳感器應(yīng)用項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作 電子秤的制作電子秤的制作項(xiàng)目要求項(xiàng)目要求v 利用電阻應(yīng)變式傳感器利用電阻應(yīng)變式傳感器制作一個(gè)電子稱(chēng)，測(cè)量制作一個(gè)電子稱(chēng)，測(cè)量范圍為范圍為2kg,其分辨力其分辨力為為1克，測(cè)量精度克，測(cè)量精度0.5RD l字字v 利用數(shù)碼管顯示測(cè)量值利用數(shù)碼管顯示測(cè)量值。項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作項(xiàng)目目標(biāo)項(xiàng)目目標(biāo)項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作項(xiàng)目?jī)?nèi)容項(xiàng)目?jī)?nèi)容v知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：1、電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量壓力2、電感式傳感器測(cè)量壓力v電路組裝與調(diào)試電路組裝與調(diào)試v考核考核v拓展訓(xùn)練拓展訓(xùn)練項(xiàng)目項(xiàng)目2

2、電子秤的制作電子秤的制作一、應(yīng)變式傳感器概述一、應(yīng)變式傳感器概述v 工作原理：工作原理：n將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。 v 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、性能穩(wěn)定、可靠、靈敏度高和測(cè)量速度快等v 應(yīng)用：應(yīng)用：n廣泛航空、機(jī)械、電力、化工、建筑、醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域，常用來(lái)測(cè)量力、壓力、位移、應(yīng)變、扭矩、加速度等知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器電阻應(yīng)變式式傳感器物理量物理量電量電量項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作二、電阻應(yīng)變片的種類(lèi)與結(jié)構(gòu)二、電阻應(yīng)變片的種類(lèi)與結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器電阻應(yīng)變式式傳感器1 1絲式應(yīng)變片：結(jié)構(gòu)如下圖所示。絲式應(yīng)變

3、片：結(jié)構(gòu)如下圖所示。 2 2、箔式應(yīng)變片：如左圖所示，箔材、箔式應(yīng)變片：如左圖所示，箔材厚度多為厚度多為0.001-0.01mm0.001-0.01mm。3.3.薄膜應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片 3 3、薄膜應(yīng)變片：采用真空蒸發(fā)或真、薄膜應(yīng)變片：采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，將電阻材料在基底上空沉積等方法，將電阻材料在基底上制成一層各種形狀的敏感柵。制成一層各種形狀的敏感柵。項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為：一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為： 三、電阻的應(yīng)變效應(yīng)三、電阻的應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于

4、金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器電阻應(yīng)變式式傳感器當(dāng)電阻絲受到拉力當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)，作用時(shí)， 引起電阻值變化量為引起電阻值變化量為 SlR1、應(yīng)變效應(yīng)、應(yīng)變效應(yīng)項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作 軸應(yīng)變量軸應(yīng)變量 徑向應(yīng)變量徑向應(yīng)變量由由 ，得，得 所以所以 則則: :知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器電阻應(yīng)變式式傳感器dSdSldlRdR由上面由上面2式相除得式相除得項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作由于由于 得得令令 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器電阻應(yīng)變式式傳感器最終可得：最終可得：項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作2、彈性敏感元件、彈性敏感元件

5、根據(jù)彈性元件結(jié)構(gòu)形式（柱形、筒形、環(huán)形、梁式、輪輻式）和受載性質(zhì)（拉、壓、彎曲、剪切等）的不同，它們可分為許多種類(lèi)。 （1) 柱式彈性元件 （2）薄壁圓筒 （3）懸臂梁彈性圓柱彈性圓柱 薄壁圓筒受力分析薄壁圓筒受力分析等截面懸臂梁等截面懸臂梁 等強(qiáng)度懸臂梁等強(qiáng)度懸臂梁知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器電阻應(yīng)變式式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器一、自感式傳感器一、自感式傳感器1、基本變間隙自感式傳感器、基本變間隙自感式傳感器 結(jié)構(gòu)如下圖所示。工作時(shí)銜鐵與被測(cè)物體連接，被測(cè)物體的位移將引起空氣間隙長(zhǎng)度發(fā)生變化。由于氣隙磁阻的變化，導(dǎo)致了線(xiàn)圈電感量

6、的變化。項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作 線(xiàn)圈的電感 設(shè)傳感器的初始間隙長(zhǎng)度為0，面積為So，線(xiàn)性化處理后的電感相對(duì)增量為 電感相對(duì)增量靈敏度K為 為了減小非線(xiàn)性誤差，實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變間隙式電感傳感器。mRNL200LL01/0LLK知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作2、差動(dòng)變間隙式傳感器、差動(dòng)變間隙式傳感器 如圖所示為差動(dòng)變間隙式電感傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器差動(dòng)形式輸出的總電感變化量近似為電感相對(duì)變化量為 則電感相對(duì)增量靈敏度K為 結(jié)論： 差動(dòng)式比單線(xiàn)圈式的靈敏度高一倍； 差動(dòng)式的線(xiàn)性度得到明顯改善。項(xiàng)

7、目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作3、螺管型電感式傳感器、螺管型電感式傳感器 如圖 所示為螺管型電感式傳感器的結(jié)構(gòu)圖。螺管型電感傳感器的銜鐵隨被測(cè)對(duì)象移動(dòng)，線(xiàn)圈磁力線(xiàn)路徑上的磁阻發(fā)生變化，線(xiàn)圈電感量也隨之變化，線(xiàn)圈電感量的大小與銜鐵位置有關(guān)，線(xiàn)圈的電感量L與銜鐵進(jìn)入線(xiàn)圈的長(zhǎng)度x保持線(xiàn)性關(guān)系。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作(1) (1) 交流變壓器式電橋交流變壓器式電橋u0z2z1u/2u/2上一頁(yè)上一頁(yè)返返 回回下一頁(yè)下一頁(yè)4、測(cè)量電路、測(cè)量電路知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器輸出空載電壓輸出空載電壓 2121121022ZZZZuuZZZ

8、uua a、初始平衡狀態(tài)，、初始平衡狀態(tài)，Z Z1 1=Z=Z2 2=Z, =Z, u u0 0=0=0b b、銜鐵偏離中間零點(diǎn)時(shí)、銜鐵偏離中間零點(diǎn)時(shí) ，、ZZZZZZ21)/()2/(0ZZuuc c、傳感器銜鐵移動(dòng)方向相反時(shí)、傳感器銜鐵移動(dòng)方向相反時(shí) ，、ZZZZZZ21)/()2/(0ZZuu項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作（2 2）諧振電路）諧振電路 諧振電路如下圖所示。圖（a）中Z為傳感器線(xiàn)圈，e為激勵(lì)電源。若諧振電路中激勵(lì)源的頻率為f，則可確定其工作在諧振曲線(xiàn)A點(diǎn)。這種電路靈敏度很高，但非線(xiàn)性嚴(yán)重，常與單線(xiàn)圈自感式傳感器配合，用于測(cè)量范圍小或線(xiàn)性度要求不高的場(chǎng)合。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)

9、2電感式傳感器電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作（3 3）調(diào)頻電路）調(diào)頻電路傳感器自感變化將引起輸出電壓頻率的變化 GCLf特點(diǎn)：靈敏度很高，但線(xiàn)性差，適用于線(xiàn)性要求不高的場(chǎng)合 Lf0LCf2/1知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作1 1、螺線(xiàn)管式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理、螺線(xiàn)管式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理二、互感式傳感器二、互感式傳感器-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器LPRS2LS1M1M2LS2RS1RPiU0U 螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器 等效電路 差動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響）時(shí)的等效電路：知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器

10、電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作當(dāng)次級(jí)開(kāi)路時(shí)，初級(jí)繞組的交流電流為：PPiPLjRUI.次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：.P.IMjU11.P.IMjU22由于次級(jí)繞組反向串接，故差動(dòng)變壓器輸出電壓為 .210PPiLjRUMMjU知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器其有效值為22210PPiLRUMMU項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作 鐵芯處于中間位置時(shí)，M1 = M2 = M，U0 = 0 鐵芯上升時(shí)，M1= M +M，M2= M -M LRMUUPPi2202 鐵芯下降時(shí)，M1 = M -M，M2 = M +M LRMUUPPi2202與U1同極性與U2同極性 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)

11、點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作零點(diǎn)殘余電壓： 0 x 當(dāng)差動(dòng)變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí)，理想條件下其輸出電壓為零。但實(shí)際上，當(dāng)使用橋式電路時(shí)，在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電壓值(從零點(diǎn)幾mV到數(shù)十mV)存在，稱(chēng)為零點(diǎn)殘余電壓。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因：基波分量高次諧波消除零點(diǎn)殘余電壓方法：設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性選用合適的測(cè)量線(xiàn)路 采用補(bǔ)償線(xiàn)路項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作2 2、變間隙式差動(dòng)變壓器傳感器、變間隙式差動(dòng)變壓器傳感器 如圖所示為變間隙式差動(dòng)變壓器傳感器原理圖，它具有靈敏度較高的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量范圍小，一般用于測(cè)量

12、幾微米到幾百微米的位移。II型差動(dòng)變壓器的輸出特性為知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器II型差動(dòng)變壓器的靈敏度表達(dá)式為項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作3 3、差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路、差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路（1 1）差動(dòng)整流電路）差動(dòng)整流電路全波差動(dòng)整流電路 無(wú)論次級(jí)線(xiàn)圈的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，整流電路的輸出電壓U0始終等于R1、R2兩個(gè)電阻上的電壓差。 hgdcghdcUUUUU0知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作全波差動(dòng)整流電路電壓波形結(jié)論：鐵芯在零位以上或零位以下時(shí)，輸出電壓的極性相反，零點(diǎn)殘存電壓自動(dòng)抵消。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式

13、傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作 圖中比較電壓和同頻，經(jīng)過(guò)移相器使和保持同相或反相，且滿(mǎn)足 。（2 2）相敏檢波電路）相敏檢波電路知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作負(fù)半周時(shí) L2RRui1L1RRui2同理可知i= i，i= i i =知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器從中心抽頭，正半周時(shí) LRRui14L3RRui2u1= u ，故i= i。i= i i =項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作當(dāng)銜鐵在零位以上時(shí)，位移x（t） 0，與同頻同相。 正半周時(shí) LRReui214L2RReui23故i i，流經(jīng)RL的電流為i= i i 知識(shí)點(diǎn)

14、知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器負(fù)半周時(shí) L121RReuiL112RReui故i i，流經(jīng)RL的電流為i= i i 項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作正半周負(fù)半周LRReui214L2RReui23故i i。流經(jīng)RL的電流為i= i i 當(dāng)銜鐵在零位以下時(shí)，位移x（t） 0，與同頻反相。 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器負(fù)半周正半周L121RReuiL112RReuii i。流經(jīng)RL的電流為i= i i 項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作結(jié)論： 銜鐵在中間位置時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上的輸出電壓始終為0。 銜鐵在零位以上移動(dòng)時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半

15、周，在負(fù)載RL上得到的輸出電壓始終為正。 銜鐵在零位以下移動(dòng)時(shí)，無(wú)論參考電壓是正半周還是負(fù)半周，在負(fù)載RL上得到的輸出電壓始終為負(fù)。 由此可見(jiàn)，該電路能判別鐵芯移動(dòng)的方向。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器電感式傳感器項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作電路組裝與調(diào)試電路組裝與調(diào)試1 1、整體設(shè)計(jì)框架及原理圖、整體設(shè)計(jì)框架及原理圖項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作2 2、各部分電路設(shè)計(jì)、各部分電路設(shè)計(jì)（1）電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路 常用的橋式測(cè)量電路如圖。 橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線(xiàn)接入工作電壓E，另一個(gè)對(duì)角線(xiàn)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，否則就有電壓輸出，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。項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作（2）放大電路 典型的差動(dòng)放大器如下圖所示，只需高精度LM358和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作（3）A/D轉(zhuǎn)換電路項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作（4）顯示電路項(xiàng)目項(xiàng)目2 電子秤的制作電子秤的制作3 3、電路調(diào)試、電路調(diào)試（1）首先在秤體自然下垂已無(wú)負(fù)載時(shí)調(diào)整RP1