1、学 生 实 验 报 告（理工类）课程名称： 检测技术 专业班级： 14 电气（2） 学生学号： 学生姓名： 所属院部： 机电工程学院 指导教师： 吴 敏 20 16 20 17 学年 第 一 学期金陵科技学院教务处制实验项目名称： 电子秤实验 实验学时： 4 同组学生姓名： 实验地点： c204 实验日期： 12.25 实验成绩： 批改教师： 吴 敏 批改时间： 一、实验目的1、掌握金属箔式应变片组成的称重传感器的正确使用方法，了解称重传感器的工作原理及其在电子秤中的应用。2、通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。二、实验设计要求1、设计一个电子
2、秤，量程为 0 1.999Kg：（1）传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁上贴有应变片）；（2）传感器检测电路中不使用单片机。2、安装、调试电路，需要对电路进行调零、定标。注意：在进行电桥调零之前需要先进行差动放大器调零。3、写出总结报告。报告中应包括在调试过程中遇到的问题、改进方法及总结体会等。三、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： kR式中： 为电阻丝电阻相对变化； 为应变灵敏系数；R为电阻丝长度相对变化。l金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图 1所示，将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁
3、式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。图 1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图 传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁上贴有应变片）是微型高精度称重悬臂梁压力传感器，实物如下图所示：图 2 称重传感器 安装这种传感器需要的支架实物如下图所示：图 3 传感器支架图 4 安装效果实验中需要将 10 个砝码（每个 20g）的实物如下图所示：图 5 砝码实验中的砝码要求放置于传感器的托盘上，托盘实物如下图所示：图 6 托盘需要将悬臂梁压力传感器、支架和托盘安装好后再设计电路进行试验。接线方式：红线电压+E，黑线电压-E，绿线信号+S,白线信号-S 图 7 接线方式
4、图电子秤实验原理同全桥测量原理，由以下三个部分组成：传感器、信号放大系统、称重显示部分组成。通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（ kg）即成一台比较原始的电子秤。其原理框图如图 8：图 8 电子秤组成框图四、设计内容1、放大电路设计（1）由于传感器测量范围是 02Kg，其输出信号只有 010mV 左右；而A/D 转换的输入应为 0V1.999V，对应显示 01.999Kg，当量为 1mV/g，因此要求放大器的放大倍数约为 200 倍，一般采用二级放大器组成，也可使用集成仪用放大器。（2） 在电路设计过程中应考虑电路抗干扰环节、稳定性。
5、选择低失调电压，低漂移，高稳定性，经济性的芯片。（3）电路中还应有调零和调增益的环节，才能保证电子电平没有称重时显示零读数，从而在测压力时读数正确反映被测压力。应 变 电 阻 1K 应 变 电 阻 1K 应 变 电 阻 1K 应 变 电 阻 1K 黑 色 线 电 源负 接 E-白 色 线 信 号负 接 S-A绿 色 线 信 号负 接 S+A红 色 线 电 源正 接 E+在此选用的放大器为已有的集成仪用放大器 AD620 仪表差分放大器模块此模块的一些参数如下： 1、电源：单电源 524V 可靠工作。内有完善的电源滤波电路，对电源要求很低，适合应用于工业等有干扰的环境中。 2、输入：可以输入毫伏
6、微伏电压信号（10uV-300mV）。 3、输出：输出正、负电压信号。线性范围-3.5V+3.5V。（实测：-3.7V+3.9V） 4、放大倍数：默认放大倍数 101000 倍可调，倍数越小带宽越大。 5、尺寸：40mm20mm。图 9 AD620 仪表差分放大器模块2、按照要求查阅相关电路和元器件功能的资料，完成传感器测量电路、放大电路 A/D 转换及显示电路的设计，画出电路图。图 10 差分输入接线图芯片输入/输出端口定义及说明：VCC 供电电源正极GND 供电电源负极 +S 信号输入端-S 信号输入负端（可接 GND）OUT 信号输出-E 输出一个 -4.6V 的电压（10-20mA 电
7、流，可供传感器供电，电流越大电压的绝对值越小）+E 输出+5V 电压备注：信号输入，信号输出，电源输入，3 个信号必须共地。图 11 电子称仿真原理图R24.7kR5100Key=E50%R64.7kR74.7kR84.7kR94.7kR104.7kVCC5VVCCVDD-5VVDDVCCVDD0VCCVDDR114.7kR134.7kVDDVCCR144.7kR159.4kKey=F 50%22R164.7kR174.7kVDD VCC23 24U1ALM358AD324818U4ALM358AD32481116U2ALM358AD32481 97U3ALM358AD324811011131
8、2XMM1170R1200Key=A50%V112 V XMM2R3200Key=D50%R4200Key=C50%R12200Key=B50%32 65关于电路放大参数的计算：U i 100000000R 1R 3U 0U i 2R 2R 4-+-+A 2A 1R 6R 50000-+R 7A 3U 0 1U 0 2I图 12 同相并联差动放大器由图 6 可知： 72102RVIIiii将 I 代入 V01，V02 可得 271172101 )()( iiiii VRV122 iiiii RV2357101350 )()( ii由此可得电路差模闭环增益 35721)(RAd在此取 R1=R2
9、、R5=R3，R7 为由滑动变阻器构成的可变电阻。所以输出电压为 V-）（Vo2i17对与二级放大部分电路：图 13 二级放大电路图利用调零旋钮调节滑阻，使 R9=R10，则 1Vo28R在本次设计中取 R8=R11，那么 )V-(）1（Vo2i17R即电路的增益由前一级电路控制，之后的放大电路是用来调零的。此称重电路，首先由全桥差动电路中的金属应变片受力形变产生不平衡电流，可是其输出电流过小，其输出信号只有 010mV 左右。普通仪表不易测量，所以要经过 AD620 仪表差分放大器，对其信号放大 200 倍与砝码的质量对应。然后对其输出电压可以用普通的万用表进行测量。对其进行定标，然后该电子
10、称就可以用来测未知的物体质量。3、电路调试（1） 调零： 差动放大器调零。当传感器上不放砝码时，电路检查无误后，接入电源，将差动放大器的输入端短接并与地短接，系统输出端接数显电压表（选择 2V 档）放大电路的输出应为 0V。若不为 0V，调节放大器的调零环节使电压表显示为 0V。关闭主控台电源。A+-Vo1E-EVo2R9R8R11R10图 14 调零接线图图 15 差动放大器调零 电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端，当传感器上不放砝码时，检查接线无误后，接入电源，系统输出端接数显电压表（选择 2V 档）放大电路的输出应为 0V。若不为 0V，调节电桥的调零环节使电压表显示为 0V。图 16 电桥调零示意图ERs+-R1+ R1R3- R3 R4+ R4R2- R2Uo
