傳感器應(yīng)用-電子秤制作111

1、項(xiàng)目2 電子秤的制作 壓力檢測(cè)黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院傳感器應(yīng)用 電子秤的制作項(xiàng)目要求利用電阻應(yīng)變式傳感器制作一個(gè)電子稱，測(cè)量范圍為2kg,其分辨力為1克，測(cè)量精度0.5RD l字利用數(shù)碼管顯示測(cè)量值。項(xiàng)目目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)： 1、掌握電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路和工作原理 2、掌握自感式傳感器的結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路和工作原理能力目標(biāo)：1、能利用電阻應(yīng)變傳感器實(shí)現(xiàn)壓力等信號(hào)的檢測(cè)2、能利用電感式傳感器實(shí)現(xiàn)氣體壓力等信號(hào)的檢測(cè) 素質(zhì)目標(biāo)： 1、培養(yǎng)耐心細(xì)致的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)的工作作風(fēng) 2、培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的合作精神項(xiàng)目?jī)?nèi)容知識(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)量壓力電路組裝與調(diào)試考核拓展訓(xùn)練一、應(yīng)

2、變式傳感器概述工作原理：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。 優(yōu)點(diǎn)：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)量速度快等應(yīng)用：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) 1電阻應(yīng)變式式傳感器物理量電量二、電阻應(yīng)變片的種類(lèi)與結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器1絲式應(yīng)變片：結(jié)構(gòu)如下圖所示。 2、箔式應(yīng)變片：如左圖所示，箔材厚度多為0.001-0.01mm。3.薄膜應(yīng)變片 3、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制成一層各種形狀的敏感柵。一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為： 三

3、、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)。知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)， 引起電阻值變化量為 1、應(yīng)變效應(yīng) 軸應(yīng)變量 徑向應(yīng)變量由 ，得 所以 則:知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器由上面2式相除得由于 得令 知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器最終可得：2、彈性敏感元件 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 薄壁圓筒受力分析等截面懸臂梁 等強(qiáng)度懸臂梁知識(shí)點(diǎn) 1電阻應(yīng)變式式傳感器知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器一、自感式傳感器1、基本變

4、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)致了線圈電感量的變化。 線圈的電感 設(shè)傳感器的初始間隙長(zhǎng)度為0，面積為So，線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。知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器2、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) 2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)式比單線圈式的靈敏度高一倍； 差動(dòng)式的線性度得到明顯改善。3、螺管型電感式傳感器

5、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)，線圈磁力線路徑上的磁阻發(fā)生變化，線圈電感量也隨之變化，線圈電感量的大小與銜鐵位置有關(guān)，線圈的電感量L與銜鐵進(jìn)入線圈的長(zhǎng)度x保持線性關(guān)系。知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器(1) 交流變壓器式電橋優(yōu)點(diǎn)：使用元件少，輸出阻抗小, 獲得廣泛應(yīng)用 u0z2z1u/2u/2上一頁(yè)返 回下一頁(yè)4、測(cè)量電路知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器輸出空載電壓 a、初始平衡狀態(tài)，Z1=Z2=Z, u0=0b、銜鐵偏離中間零點(diǎn)時(shí) c、傳感器銜鐵移動(dòng)方向相反時(shí) （2）諧振電路 諧振電路如下圖所示。圖（a）中Z為傳感器線圈，e為激勵(lì)電源。若諧振電路中激勵(lì)源的頻率為f，

6、則可確定其工作在諧振曲線A點(diǎn)。這種電路靈敏度很高，但非線性嚴(yán)重，常與單線圈自感式傳感器配合，用于測(cè)量范圍小或線性度要求不高的場(chǎng)合。知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器（3）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，但線性差，適用于線性要求不高的場(chǎng)合 Lf0知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器1、螺線管式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理二、互感式傳感器-差動(dòng)變壓器LPRS2LS1M1M2LS2RS1RP 螺線管式差動(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) 2電感式傳感器當(dāng)次級(jí)開(kāi)路時(shí)，初級(jí)繞組的交流電流為：次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：由于次

7、級(jí)繞組反向串接，故差動(dòng)變壓器輸出電壓為知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器其有效值為 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 鐵芯下降時(shí)，M1 = M -M，M2 = M +M與U1同極性與U2同極性 知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器零點(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，稱為零點(diǎn)殘余電壓。知識(shí)點(diǎn) 2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)稱性選用合適的測(cè)量線路 采用補(bǔ)償

8、線路2、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) 2電感式傳感器II型差動(dòng)變壓器的靈敏度表達(dá)式為3、差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路（1）差動(dòng)整流電路全波差動(dòng)整流電路 無(wú)論次級(jí)線圈的輸出瞬時(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。 知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器全波差動(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) 2電感式傳感器 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，且滿足 。（2

9、）相敏檢波電路知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器負(fù)半周時(shí) 同理可知i= i，i= i i =知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器從中心抽頭，正半周時(shí) u1= u ，故i= i。i= i i =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) 故i i，流經(jīng)RL的電流為i= i i 知識(shí)點(diǎn) 2電感式傳感器負(fù)半周時(shí) 故i i，流經(jīng)RL的電流為i= i i 正半周負(fù)半周故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) 2電感式傳感器負(fù)半周正半周i i。流經(jīng)RL的電流為i= i i 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

10、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) 2電感式傳感器電路組裝與調(diào)試1、整體設(shè)計(jì)框架及原理圖2、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)角線接入工作電壓E，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，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。（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。（3）A/D轉(zhuǎn)換電路（4）顯示電路3、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，使顯示器準(zhǔn)確顯示零。（2）再調(diào)整Rp2，使秤體承擔(dān)滿量程重量（本電路選滿量程為2千克）時(shí)顯示滿量程值。 （調(diào)節(jié)Rp2