基于電阻應變式傳感器的電子秤設計

1、電阻應變式傳感器是根據(jù)應變原理，通過應變片和彈性元件將機械構件的應變或應力轉(zhuǎn)換為電阻的微小變化再進行電量測量的裝置。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，廣泛應用于電子秤以及各種新型結構的測量裝置。應變式傳感器具有以下優(yōu)點：(1)測量范圍寬、精度高，如測量力可達10-1106N、0.05%F.S,測量壓力可達101011Pa0.1%F.S,測量應變可達叱£kie級；(2)動態(tài)響應好，一般電阻應變片響應時間為10-7s,半導體式應變片響應時間達10-11s；(3)結構簡單，使用方便，體積小，重量輕；品種多，價格低，耐惡劣環(huán)境，易于集成化和智能化。電阻應變片傳感器通過調(diào)節(jié)放大器的放大

2、倍數(shù)，并采用A/D轉(zhuǎn)換器，通過A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。這種電子秤具有精確度高，操作簡單，性能穩(wěn)定，價格低廉，成本低，制作簡單等優(yōu)點。關鍵字：電子秤、電子應變片、A/D轉(zhuǎn)換器，顯示電路LED。摘要I目錄II刖日1第1章緒論21.1 課題意義21.2 課題方案2第2章測量電路32.1 應變式傳感器的工作原理32.2 電阻應變片的特性42.2.1 電阻應變片42.2.2 橫向效應52.2.3 應變片的溫度誤差及補償62.3 電阻應變式傳感器的測量電路82.3.1 直流電橋82.3.2 交流電橋11第3章應變傳感器的應用133.1 柱（筒

3、）式力傳感器133.2 膜片式壓力傳感器13第4章差動放大電路154.1 儀表儀器放大器的選擇154.2 差動放大電路圖：164.3 A/D轉(zhuǎn)換164.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇174.5 電壓表部分電路圖應用17第5章用電阻片構成的電子秤19總結21參考文獻22第II頁第III頁本文簡述的是由電阻應變片式傳感器組成的電子秤。電子秤是由電阻應變片，測量電路，差動放大電路，A/D轉(zhuǎn)換器，顯示電路等電路組成。其中電阻應變片是重中之重。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，廣泛應用于電子秤以及各種新型結構的測量裝置。而差動放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D

4、轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結果。重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計第1章緒論電子秤具有稱重精確度高，簡單實用，攜帶方便成成本低，制作簡單，測量準確，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點。1.1 課題意義電子秤具有稱重精確度高，簡單實用，攜帶方便成成本低，制作簡單，測量準確，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點。是家庭購物使用的首選其電路構成主要有測量電路，差動放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，顯示電路。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，廣泛應

5、用于電子秤以及各種新型結構的測量裝置。而差動放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結果。1.2 課題方案利用由電阻應變式傳感器組成的測量電路測出物質(zhì)的重量信號，以模擬信號的方式傳送到A/D轉(zhuǎn)換器。其次，由A/D轉(zhuǎn)換電路把由差動放大器電路把傳感器輸出的微弱信號進行一定倍數(shù)的放大，然后送A/D轉(zhuǎn)換電路中。再由A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。具體方案如下：第2頁-

6、重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計第2章測量電路電阻應變式傳感器就是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)相應的測量電路而最后顯示或記錄被測量值的變化。在這里，我們用電阻應變式傳感器作為測量電路的核心。并應根據(jù)測量對象的要求，恰當?shù)剡x擇精度和范圍度。2.1應變式傳感器的工作原理任何在線性范圍內(nèi)變形的彈性體，當其受力發(fā)生變形時，長度將發(fā)生改變，產(chǎn)生應變，這種效應稱為應變效應。長度的相對變化稱為應變，用£表示，£=AL/L,其中L是原始長度，AL是變化量。利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感器通稱為應變式傳感器。應變式傳感器的工作原理是，機械彈性結構體受力變形時產(chǎn)生應變效應，

7、這種應變效應由電阻應變片完成檢測，應變片的電阻變化再由電橋完成信號的轉(zhuǎn)換，并最終輸出與彈性體受力成對應關系的電信號。為了弄清楚電阻應變片的工作原理，先考察金屬電阻絲受力變形后的電阻變化，電阻絲拉伸前后的變化如圖2-1所示。西名趕次科拉A£圖4-1金屬絲應變效應金屬絲的原始長度是L,半徑r,受力F作用后長度為L+AL,半徑為r-Ar。根據(jù)金屬絲的電阻計式，由R的全微分得到R的相對變化，表達式如下：.：R_.：L.：S."：-R二L一S：(2-1)式中：AL/L是長度的相對變化，即應變e;AS/S是截面積的相對變化；Ap/p是電阻率的相對變化。對于金屬絲的變形，有02"

8、;AL一：22一：2SrrL(2-2)式中：仙為泊松比，它反映了金屬絲變形后長度的相對變化AL/L和半徑的相對變化Ar/r之間的比例關系，如對于鋼材，尸0.285。第3頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計2.22.2.1R將式(2-2)代入式(2-1),得=(1+2k)&+電阻的相對變化對應于應變的靈敏度系數(shù)定義為k二RR所以金屬絲的靈敏度系數(shù)為=1.21:電阻應變片的特性電阻應變片(2-3)(2-4)(2-5)電阻應變片有金屬應變片和半導體應變片兩種。傳統(tǒng)的金屬應變片又分為絲式和箔式兩種。半導體應變片是用半導體材料制成的，具工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。半導體應變片的靈敏度系數(shù)一般

9、高于金屬應變片，但穩(wěn)定性不如金屬應變片。圖2-2(a)、(b)、(c)分別是絲式應變片、箔式應變片和半導體應變片的結構。絲式、箔式應變片的結構特點是將敏感應變的電阻絲用不同的工藝方法制作成柵狀。金屬應變片對電阻絲材料有較高的要求，一般要求靈敏度系數(shù)大，電阻溫系數(shù)小，具有優(yōu)良的機械加工和焊接性能等，康銅是目前應用最廣泛的應變絲材料。根據(jù)應變片應變測試方向的不同，應變片有多種結構形式,主要有正向、切向、45°方向、圓周方向等形式的應變片。應變片是用粘結劑粘貼到被測件上的，這就要求粘結劑形成的膠層必須準確迅速地將被測件的應變傳遞到敏感柵上。選擇粘結劑時必須考慮應變片和被測件的材料性能，要求

10、粘接力強，粘結后機械性能可靠，電絕緣性良好，蠕變和滯后小，耐濕，耐油，耐老化等。常用的粘結劑類型有硝化纖維素型、氟基丙稀酸型、聚酯樹脂型、環(huán)氧樹脂型和酚醛樹脂型等。傳統(tǒng)的絲式金屬應變片已經(jīng)很少見，目前常用的是箔式金屬應變片這種應變片的制作方式有蝕刻、蒸發(fā)和濺射等工藝。第4頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計應變片的阻值通常在一百歐姆到幾千歐姆之間,金屬應變片阻值較小,半導體應變片阻值較大。應變片通常要求有較高的絕緣電阻，一般在50100MQ以上。應變片的最大工作電流是指應變片允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流。工作電流大，輸出信號也大，靈敏度就高。但工作電流過大會使應變片發(fā)熱，使靈敏度系數(shù)

11、產(chǎn)生變化，零漂及蠕變增加，甚至燒毀應變片。工作電流的選取要根據(jù)試件的導熱性能、工作環(huán)境溫度及敏感柵形狀和尺寸來決定。通常直流靜態(tài)測量時取25mA左右，交流或間隙測量時可適當取高當具有初始電阻值R的應變片粘貼于試件表面時，試件受力引起的表面應變將傳遞給應變片的敏感柵，使其產(chǎn)生電阻相對變化AR/R。實驗表明，在彈性變形范圍內(nèi)，AR/R與軸向應變ex的關系滿足下式：AR=K跳(2-6)R定義K=(AR/R)/£x為應變片的靈敏度系數(shù)。它表小安裝在被測試件上的應變片在其軸向受到單向應力時，引起的電阻相對變化AR/R與其單向應力引起的試件表面軸向應變£x之比。由于受到敏感柵結構形狀、

12、成型工藝、粘結劑和基底性能的影響，應變片的靈敏度系數(shù)K通常小于相應敏感柵整長應變絲的靈敏度系數(shù)k0其中最主要的影響因素是敏感柵的結構形狀，尤其是柵端圓弧部分橫向效應的影響。2.2.2 橫向效應如圖2-3(a)所示，應變片粘貼在被測t牛上時，其敏感柵由n條長度為l1的直線段和端部n-1個半徑為r的半圓弧組成，則敏感柵對應的金屬絲長為nl1+(n-1)兀r。當將敏感柵與等長度直線狀的金屬絲置于同樣的軸向應變ex下，并比較其電阻變化時，敏感柵中直線部分nl1與等長度直線狀金屬絲產(chǎn)生的電阻變化是一致的，但敏感柵的半圓弧段則受到從ex到ey(圖中£y=-iiex)之間變化的應變，有的拉伸，有的

13、反而壓縮，其電阻的變化將小于沿軸向安放的同樣長度金屬絲電阻的變化。圖2-3應變片軸向受力及橫向效應(a)應變片軸向受力圖；(b)應變片的橫向效應第5頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計綜上所述，將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，應變狀態(tài)相同，但由于應變片敏感柵端部的結構導致電阻變化減小，因而其靈敏度系數(shù)K較整長電阻絲的靈敏度系數(shù)k小，這種現(xiàn)象稱為應變片的橫向效應。應變片是利用敏感柵直線段的應變一一電阻變化完成應變測量的，轉(zhuǎn)彎段不僅降低了靈敏度，還帶來測量誤差。為了消除轉(zhuǎn)彎段的影響，減小橫向效應，可使轉(zhuǎn)彎段短路”或盡量使轉(zhuǎn)彎段本身的阻值降低，為此，一般多采用箔式應變片的結構，它的轉(zhuǎn)彎段與直線段

14、相比要寬大得多，如圖4-2(b)所示的結構。2.2.3 應變片的溫度誤差及補償應變片的溫度誤差電阻溫度系數(shù)引起的阻值變化當金屬電阻絲的溫度變化時，其電阻也將改變。敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可表示為Rt=R0(1+a0At)(2-7)式中：Rt是溫度為t時的電阻值；R0是溫度為t0時的電阻值；a0是金屬絲的電阻溫度系數(shù)當溫度變化At時，電阻的變化為ARa=Rt-R0=R0a0At(2-8)式中，At為溫度的變化值，At=t-t0o電阻絲和應變試件線膨脹系數(shù)不同引起的阻值變化當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。設電阻絲和試件

15、在溫度為0c時的長度均為L0,它們的線膨脹系數(shù)分別為6$和09,若兩者不粘貼，溫度變化后的長度分別為電阻絲：Ls=L0(1+BsAt)試件：Lg=L0(1+BgAt)粘在一起時，電阻絲跟隨試件改變，附加應變?yōu)楦郊拥碾娮枳兓荅=KR。KR0(g-s)t(2-10)(2-9)溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)引起的虛應變由式(2-8)和式(2-10),可得由于溫度變化而引起的應變片電阻相對第6頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計變化總量為.RtR0.R.RR0=10，tK(-g-Y»t=：t(2-11)(2-11)式中，a為應變片粘貼后的當量電阻溫度系數(shù)，有a=a0+K(Bg-Bs)對應的虛應變?yōu)镽tR

16、0K：t(2-12)(2-13)電阻應變片的溫度補償自補償法自補償法是利用自身具有溫度補償作用的應變片(稱之為溫度自補償應變片)來進行補償?shù)摹Ｓ墒?2-12)可知，如果應變片金屬絲的電阻溫度系數(shù)a0滿足a0=-K(Bg-Bs)(2-14)則溫度引起的虛金屬絲應變?yōu)榱?，可實現(xiàn)自補償。由于應變片金屬絲的電阻溫度系數(shù)a0與應變柵材料、退火溫度等有關，因此當被測試件的線膨脹系數(shù)Bg已知時，如果合理選擇敏感柵材料，控制相關工藝參數(shù)，即可使電阻溫度系數(shù)a0滿足式(2-14)的條件。線路補償法應變片一般用電橋作為轉(zhuǎn)換電路，如圖2-4所示。該電路為單臂電橋，R1是應變片，其余為同阻值的固定電阻。如果R2處接入

17、一個與R1具有相同溫度虛應變的電阻，則可起到溫度補償?shù)淖饔谩Ｒ话愕?，通過在不受力的試件上粘貼另一片應變片接入R2位置而達到溫度補償?shù)哪康?。如果采用半橋、全橋轉(zhuǎn)換電路，電橋本身就能自補償。另外，將熱敏電阻接入電路，通過熱敏電阻隨溫度變化而引起的電阻變化調(diào)整供橋電壓，使之與溫度變化引起的輸出變化方向相反(可選擇正溫度系數(shù)或負溫度系數(shù)的熱敏電阻)，也能起到補償作用圖2-4單臂電橋轉(zhuǎn)換電路第7頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計2.3電阻應變式傳感器的測量電路2.3.1 直流電橋電橋平衡條件和調(diào)零直流電橋轉(zhuǎn)換電路如圖2-5(a)所示。當RL=oo時，輸出電壓為RR1U。=E(JR3r)(2-15)Uo=0

18、,由式(2-15)得(2-16)R1R2R31R4電橋達到平衡時，輸出電壓為零，令RRR2式(2-16)即為直流電橋的平衡條件。圖2-5直流電橋轉(zhuǎn)換電路和調(diào)零電路當式(2-16)不滿足時，輸出電壓U0不為零，此時需要調(diào)零電路完成調(diào)零。圖2-5(b)是典型的直流電橋調(diào)零電路，調(diào)節(jié)電位器Rr可以補償R1、R2、R3、R4間的不平衡。電橋的電壓靈敏度單臂電橋的電壓靈敏度單臂電橋是將電阻應變片接入電橋的一個橋臂，如圖2-4的R1位置，其余橋臂為固定電阻，則其輸出電壓為R1R1二E(R1R1R2R4R2R4R1-I-(2-17)R3)=ER3R1R3R1R3R4(1舊1R2)(1R4)R1R1R3因為電

19、橋初始狀態(tài)時是平衡的，有R2/R1=R4/R3,令n=R2/R1=R4/R3為橋比。由于AR1/R1很小,則Uo-E坐(2-18)(1n)R定義直流電橋電路的靈敏度系數(shù)為KuU。R/Rn(1n)2(2-19)欲使電路的靈敏度最大，令KU汽得(1+n)2-2n(1+n)=0(2-20)第8頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計即n=1。所以，選擇橋臂電阻阻值，使橋比為1,電路靈敏度達到最大。此時的輸出電壓為UoJE，當(2-21)電路的靈敏度系數(shù)為4KU=-4(2-22)從前面的推導得知，式(2-21)的輸出電壓是式(2-17)略去分母中AR1/R1項得到的結果，簡化后的輸出電壓Uo與電阻相對變化AR

20、1/R1之間是線性的。如果不作簡化，實際輸出電壓為n識IUo=ER1n*：1.n力(1n)(2-23)R令n=1,這一線性化引起的非線性誤差為R(2-24)=U°U。，=1_U。，=12=百UoUo2，空12，空R1R1例如，測量過程中電阻的相對變化AR1/R1=1%,當采用單臂電橋作為轉(zhuǎn)換電路時，由式(2-24)計算后，得到的非線性誤差為yL=4.8%。它表明電阻的相對變化較大時，這種簡化帶來的非線性誤差將變得非常嚴重。半橋、全橋的電壓靈敏度在試件上粘貼兩個工作應變片，一個為受拉應變片，一個為受壓應變片，大小相等，方向相反，接入電橋相鄰橋臂，將構成半橋電路，如圖2-6(a)所示；在

21、試件上粘貼四個工作應變片，兩個為受拉應變片，兩個為受壓應變片，分別接入對邊橋臂，構成全橋電路，如圖2-6(b)所示。圖2-6差動電橋轉(zhuǎn)換電路對于圖2-6(a)所示的半橋電路，輸出電壓為U-EL_R1一七oIAR+R%一織2R3枳4)若A6=AR2,R1=R2=R3=R4,WJ(2-25)第9頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計(2-26)半橋電路的靈敏度系數(shù)為:(2-27)Ku=2對于圖4-6(b)所示的全橋電路，輸出電壓為ARiUo=E1Ri(2-28)全橋電路的靈敏度系數(shù)為KU=E(2-29)例2-1圖2-7(a)為傳感器上的圓形實芯彈性體，四個應變片粘貼方向為Ri、R4軸向，R2、R3圓周向

22、。應變片的初始值R1=R2=R3=R4=100Q,靈敏度系數(shù)K=2,彈性體的泊松系數(shù)以=0.285,當彈性體受拉時，測得R1、R4的變化為AR1=AR4=0.2Q,如將四個應變片如圖2-7(b)所示接入直流電橋，當電橋供壓U=2V時，試求電橋的輸出Uoo解：因為彈性體受拉時，R1、R4受到拉伸，圓周向R2、R3受壓縮,拉伸壓縮比取決于泊松比，所以需要先求得軸向的拉伸應變，再計算圓周向的壓縮應變。軸向應變量為AR/R,X=110k圓周s向的應變£為s27A區(qū)g.-s271rr所以，e與圓半徑的相對變化等比，由泊松比的定義有L由式(2-6)得到；=_1=JL-/；x=-0.285102=

23、-2.8510“AR3=AR2=K£R2=-0.057Q第10頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計寫出全橋的輸出電壓表達式，代入數(shù)據(jù)后得:R+時電+電東4+嶇41000.2=2100,0.057000.2-100_0.057-100_0.057-1000.2：-0.00537V2.3.2交流電橋當電橋的供橋電壓為交流電壓時，電橋的轉(zhuǎn)換電路為交流電橋。與直流電橋比，交流電橋雙向供電，有利于消除零漂。所以，實用的電橋轉(zhuǎn)換電路多為交流電橋。差動電橋圖2-8橋臂上的復阻抗分別為(2-30)(2-31)(2-32)即滿足Z1Z4=Z2Z3a_艮RR(2-33)以半橋為例，圖2-8(a)所示為半橋交

24、流電橋的接濁為交流電壓源,由于供橋電源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應變片呈現(xiàn)復阻抗特性，即相當于兩只應變片上各并聯(lián)了一個電容，電容C1的阻抗是1/(jCDC1),電容C2的阻抗是1/(jC2),C1與R1并聯(lián)，C2與R2并聯(lián)，如圖2-8(b)所示。由并聯(lián)阻抗的計算公式知，每z-一21j-R2c2Z3=R3Z4=R4與直流電橋一樣，交流電橋的平衡條件為R=。2(2-34)交流電橋中,R一Ci式(2-34)滿足時，輸U。為零；不滿足時，輸出uo不為零,所以，交流電橋的調(diào)零需要同時調(diào)節(jié)R和C兩個參數(shù)。圖2-9所示是交流電橋的平衡調(diào)節(jié)電路，需要同時調(diào)節(jié)Rc和Rr,才可補償電橋阻抗的不平衡。第11

25、頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計圖2-9交流電橋的調(diào)零對于圖2-8(a)所示的半橋交流電橋，設Z1和Z2是大小相同、變化方向相反的兩個阻抗，且有Z1=Z0+AZZ2=Z0-AZ由于Z3=Z4=Z0,因此電橋輸出為UZ0ZZ0Ju.zZ°ZZ°_.ZZ°Z02Z0(2-35)如果是全橋交流電橋，也可用類似的方法求得輸出，此時的電壓靈敏度比半橋交流電橋大一倍。第12頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計第3章應變傳感器的應用3.1柱(筒)式力傳感器圖3-1(a)、(b)分別為柱式拉、壓力傳感器，應變片粘貼在彈性體外壁應力分布均勻的中間部分，對稱地粘貼多片。貼片在圓柱面上的展

26、開位置如圖3-1(c)所示，縱向粘貼的應變片用于測力，橫向粘貼的應變片不受力，接入橋路用做溫度補償。應變片在橋路中的連接如圖3-1(d)所示，R1和R3用接，R2和R4用接，并置于橋路對臂上，這種叉開用接的方法有利于減小彎矩的影響，橫向貼片R5和R7用接，R6和R8用接，接于另外兩個橋臂上。圖3-1(d)構成一個帶溫度補償?shù)陌霕颉D3-1柱(筒)式力傳感器3.2膜片式壓力傳感器圖3-2(a)是用壓力傳感器測量容器內(nèi)液體重量的示意圖。該傳感器下端安裝感壓膜，感受液體的壓力。由傳壓桿傳導感壓膜的壓力，上端安裝微壓傳感器。當容器中的溶液增多時，感壓膜感受的壓力就增大。微壓傳感器等效為一個感壓的電橋電

27、路，如圖3-2(b)所示，此時輸出電壓為Uo=Khpg(3-36)式中：K為傳感器傳輸系數(shù)；p為液體的密度。圖3-2液位高度或液體重量傳感器第13頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計由于hApg=Q表征感壓膜上面液體的重量，因此UoKQ(3-37)式中：Q為容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量；A為柱形容器的截面積。式(3-37)表明，電橋輸出電壓與柱式容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量成線性關系，因此用此種方法可以測量容器內(nèi)儲存的溶液重量。第14頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計第4章差動放大電路目前的電子稱重裝置大都使用電阻應變橋式傳感器，其核心是由電阻應變計(應變片)構成的電橋電路，這類傳感器具有成本低、精度高

28、且溫度穩(wěn)定性好的特點。但其檢測原理決定該類傳感器輸出電壓低，要經(jīng)過差分放大電路放大數(shù)百倍才能用于A/D轉(zhuǎn)換。一般說來，傳感器輸出的電壓值都非常小，基本上都是毫伏級甚至微伏級。在設計高精度電子秤時，需要外部放大電路來獲得足夠的增益。4.1儀表儀器放大器的選擇儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動放大器。它只需高精度OP07和幾只電阻器，即可構成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應用于工業(yè)自動控制、儀器儀表、電氣測量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。OP07參數(shù)：(1)低的輸入噪聲電壓幅度一0.35VP-P(0.1Hz10Hz)極低的輸入失調(diào)電壓一10pV極低的輸入失調(diào)電壓

29、溫漂一0.2墳C具有長期的穩(wěn)定性一0.2pV/MO低的輸入偏置電流一土1nA(6)高的共模抑制比一126dB寬的共模輸入電壓范圍一土14V寬的電源電壓范圍一土3V土22VOP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以OP07在很多應用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。芯片封裝如下圖：第15頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計OP07芯片引腳功能說明：1和8為偏置平衡（調(diào)零端），2為反向輸入端,3為正向輸

30、入端，4接地，5空腳6為輸出，7接電源+。4.2 差動放大電路圖：本設計中差動放大電路結構圖如下:所用芯片：LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。4.3 A/D轉(zhuǎn)換在實際的測量和控制系統(tǒng)中檢測到的常是時間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量，這種連續(xù)變化的物理量稱之為模擬量，與此對應的電信號是模擬電信號。模擬量要輸入到單片機中進行處理，首先要經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機才能接收、處理。實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的部件稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC

31、隨著大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展和電子計算機技術在工程領域的廣泛應用，為滿足各種不同的檢測及控制任務的需要，大量結構不同、性能各第16頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計異的A/D轉(zhuǎn)換電路不斷廣生。4.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇常用的幾種A/D類型：積分型、逐次逼近型、并行比較型/用并行型、2A調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。本項目選用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。它是由積分器，比較器，邏輯控制電路，閘門電路，計數(shù)器及時鐘脈沖源等電路組成。其原理圖：4.5 電壓表部分電路圖應用第17頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計汪忠要點：辨認引腳芯片的第一腳，是正放芯片各個節(jié)點以及電源的電壓芯片引腳的元件數(shù)值比例讀

32、數(shù)第18頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計第5章用電阻片構成的電子秤工作原理數(shù)顯電子秤電路原理如圖所示，其主要部分為電阻應變式傳感器R1及IC2、IC3組成的測量放大電路，和IC1及外圍元件組成的數(shù)顯面板表。傳感器R1采用E350ZAA箔式電阻應變片，其常態(tài)阻值為3500。測量電路將R1產(chǎn)生的電阻應變量轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。IC3將經(jīng)轉(zhuǎn)換后的弱電壓信號進行放大，作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入。IC4提供l.22V基準電壓，它同時經(jīng)R5、R6及RP2分壓后作為A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。3-1/2位A/D,轉(zhuǎn)換器ICL7126的參考電壓輸人正端，由RP2中間觸頭引入，負端則由RP3的中間觸頭引入。兩端參

33、考電壓可對傳感器非線性誤差進行適量補償。JC3：OPU7K2元件選擇IC1選用ICL7126集成塊；IC2、IC3選用高精度低溫標精密運放OP-07;IC4選用LM3851.2V集成塊。傳感器RI選用E350-ZAA箔式電阻應變片，其常態(tài)阻值為350O。各電阻元件宜選用精密金屬膜電阻。RPI選用精密多圈電位器，RP2、RP3經(jīng)調(diào)試后可分別用精密金屬膜第19頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計電阻代替。I電容中C1選用云母電容或瓷介電容第20頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計在電子技術的課程設計中，我花了大量的時間和精力進行資料查閱和方案論證，結合自己所學，認真解決每一個功能模塊中遇到的問題.在設計完

34、各個功能模塊之后，我用Protel99SE繪圖軟件進行了各個模塊的繪制，并最終繪制成一個總的電路原理圖。另外，我還用仿真軟件Proteus6Professional進行某些功能模塊的仿真，收到了很好的效果。但由于缺乏實踐經(jīng)驗，電路中還有些功能不夠完善，有寫參數(shù)不夠精確，而且抗干擾能力也不夠好。本次畢業(yè)設計除了讓在專業(yè)知識的學習上有所加深外，對于我們另外的心理修養(yǎng)也進行了一次打磨，比如在最后的論文格式排版方面，需要我們不斷地去學習借鑒我們的一些“非專業(yè)”知識，以前總是認為我們的辦公學得很好了，真正在畢業(yè)設計時所出現(xiàn)的問題很多很多，需要我們?nèi)ザ虝r間的馬上學會去解決，這告訴了我們隨時隨地都要去學習，

35、并且隨時隨地都需要有一個好的態(tài)度，這樣我們才能不斷地前進。第21頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計參考文獻【1】電子線路CAD實用教程潘永雄沙河，西安電子科技大學出版，2傳感器應用電路300例，孫余凱吳銘山項綺明，電子工業(yè)出版【3】傳感器與檢測技術，周樂挺高等教育出版?zhèn)鞲衅鲬眉夹g王煜東4傳感器原理及工程應用（第三版）郁有文【5】檢測與控制技術李貴山（直冷式電冰箱的溫度測控）【6】測試技術與傳感器羅志增（基于光電原理測量的實例），（基于單片機的硬件特征參數(shù)檢測系統(tǒng)第22頁-重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）選題審批單院系專業(yè)年級班級學生姓名朱靖學號0850090209選題用電阻應變片構成的電子

36、秤的設計選題性質(zhì)口設計口論文選題論證：指導教師初審意見：簽名：年月日畢業(yè)設計（論文）工作領導小組審批意見:簽名：年月重慶信息技術職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）開題報告及進度要求院系電子工程學院專業(yè)電子信息工程工程年級08電子班級2班學生姓名朱靖學號0850090209指導教師李書安選題性質(zhì)口設計口論文選題用電阻應變片構成的電子秤的設計選題的目的和意義：電子秤具有稱重精確度高，簡單實用，攜帶方便成成本低，制作簡單，測量準確，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點。是家庭購物使用的首選。其電路構成主要有測量電路，差動放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，顯示電路。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，廣泛應用于電子秤以及各種新型結構的測量裝置。而差動放大電路