压力传感器基本特性测量电子秤设计

1、压力传感器基本特色丈量及电子秤设计压力传感器基本特色丈量及电子秤设计压力传感器基本特色丈量及电子秤设计压力传感器的基本特色丈量及电子秤的设计一、实验目的1认识金属箔式应变片的应变效应和性能，单臂单桥的工作原理和工作状况。2丈量应变式传感器的压力特色，计算其敏捷度。3丈量应变式传感器的电压特色，作出输出电压与工作电压的关系特色图。4依据应变式传感器的压力特色设计一个电子秤。三、实验仪器YJ-WLT-I物理综合实验平台、压力传感器实验装置、电桥模块与差动放大器（含调零模块）一起供给线路板、万用表、标准砝码等。四、实验原理金属导体的电阻随其所受机械形变（伸长或缩短）的大小而发生变化，其原由是导体的电

2、阻与资料的电阻率以及它的几何尺寸（长度和截面）相关。因为导体在承受机械形变过程中，其电阻率、长度和截面积都要发生变化，从而以致其电阻发生变化，所以电阻应变片能将机械构件上应力的变化变换为电阻的变化。电阻丝在外力作用下发活力械变形时，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：RR=K（1）式中RR为电阻丝电阻相对变化，K为应变敏捷系数，=LL为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是经过光刻、腐化等工艺制成的应变敏感元件，经过它转换被测部位受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比率变化，电桥的输出电压反响了相应的受力状态。应变式压力传感器的结构如图1所示，主R1R3要由双

3、孔均衡梁和粘贴在梁上的电阻应变片R1R4构成，电阻应变片一般由敏感栅、基底、粘合剂、引线、盖片等构成。应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示，如“310mm2，350”。敏感栅由直径约高电阻R2R4系数的细丝曲折成栅状，它其实是一个电阻图1元件，是电阻应变片感觉构件应变的敏感部分。敏感栅用粘合剂将其固定在基片上.基底应保证将构件上的应变正确地传达到敏感栅上去，故基底必然做得很薄（一般为），使它能与试件及敏感栅坚固地粘结在一起；其余，它还应有优异的绝缘性、抗潮性和耐热性.基底资料有纸、胶膜和玻璃纤维布等。引出线的作用是将敏感栅电阻元件与丈量电路相连接，一般由低阻镀锡铜丝制成，并与敏感栅两端输出

4、端相焊接，盖片起保护作用。在测试时，将应变片用粘合剂坚固地粘贴在被测试件的表面上，跟着试件受力变形，应变片的敏感栅也获取相同的形变，从而使电阻随之发生变化。经过丈量电阻值的变化可反响出外力作用的大小。压力传感器是将四片电阻分别粘贴在弹性平行梁的上下两表面合适的地点，梁的一端固定，另一端自由用于加载荷外力F弹性梁受载荷作用而曲折，梁的上表面受拉，电阻片R1和R3亦受拉伸作用电阻增大；梁的下表面受压，R2和R4电阻减小。这样，外力的作用经过梁的形变而使四个电阻值发生变化，这就是压力传感器。应变片R1=R2=R3=R4。应变片可以把应变的变化变换为电阻的变化。为了显示和记录应变的大小，还需把电阻的变

5、化再转变成电压或电流的变化。最常用的丈量电路是由应变片构成的电桥丈量电路，如图2所示。当应变片遇到压力作用时，惹起弹性体的变形，使得粘贴在弹性体上的电阻应受片R1-R4的阻值发生变化，E12RRU电桥将产生输出，其输出电压正比于所遇到的压力。43RRU0SF五、实验内容压力传感器的基本特色的丈量1.压力传感器的压力特色的丈量图2将100g传感器输出电缆线接入压力传感器实验模板的电缆座中，用导线将压力传感器实验模板中的电桥输出端与YJ-WLT-I物理综合实验平台的数字电压表的输入端相连,丈量选择置于200mV,此后用导线将压力传感器实验模板中的电桥的电源端与YJ-WLT-I物理综合实验平台的电压

6、输出端相连.接通电源，调理工作电压为2V,挨次次增添砝码的数目（每次增添10g）至100g，分别测传感器的输出电压.（2）挨次次减去砝码的数目（每次减去10g）至0g，分别丈量传感器的输出电压.（3）用逐差法办理数据，求敏捷度S。压力传感器的电压特色的丈量保持传感器的压力不变（如50g），改变工作电压分别为3V、4V、5V、6V、7V、8V，9V丈量传感器电源电压E与电桥输出电压U0的关系，作EU0关系曲线,求敏捷度Sv。3.应变式压力传感器实验模板如图5所示，R1R4应变式压力传感器的四个应变电阻，由R1R4等电阻构成的电压为U01，Rw1为零点调理。由R7R13、IC1等构成的差动放大器放

7、大倍数由Rw3调理，输出的电压为U02。使用、调试方法：（1）用导线连接实验仪各电源插座和实验模板相对应的接线柱，并将100g传感器电缆线接入实验模板，用导线短路放大器输入端，放大器的输出端与实验平台电压丈量输入相连，丈量选择置200mV档，打开实验平台电源开关，调理放大器调零旋钮Rw2使放大器输出电压为，去掉短路线用连接线将放大器的输入端与非均衡电100g传感器零点调理放大器调零放大倍数调图5桥的输出端相连，放大器的输出端与实验平台丈量输入相连，实验仪丈量选择置200mV档.（2）在压力传感器秤盘上没有任何重物时，丈量放大器的输出电压，调理零点调节Rw1旋钮使放大器的输出电压为（3）将100

8、g标准砝码置于压力传感器秤盘上，丈量放大器的输出电压，调理放大倍数调理Rw3旋钮使放大器的输出电压为100.0mV.（相当于0.1g.）4)改变压力传感器秤盘上的标准砝码，检验放大器的输出电压与标准砝码的标称值能否对应.5）重复2）、3）步操作，使偏差最小.6）评估你设计制作的电子秤。电子称的设计依据应变式传感器的压力特色，设计一个电子秤，参照电路见图1、设计要求量程：0；精度：在量程范围内，额定偏差小于最大批程的0.5%；敏捷度：0.1g；显示：电压输出02、可供给的仪器和元件YJ-WLT-I物理综合实验平台、压力传感器实验装置、电桥模块与差动放大器（含调零模块）一起供给线路板、万用表、标准

9、砝码等。3、参照设计方案电子秤的丈量原理。第一是经过压力传感器收集到被测物体的重量并将其变换成电压信号。因为应变式压力传感器输出的电压仅为毫伏量级，假如后级采纳数字电压表作为显示仪表，则应把压力传感器输出的毫伏信号放大到相应的电压信号输出。放大后的电压信号经A/D变换电路送到单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示物体重量。整套装置的构成框图如图力信号3所示。电信号电信号压力传感器信号放大显示屏图3（1）整体方案设计依据对丈量所提出的精度和敏捷度的要求，各构成部分的主要性能参数要求以下：就本设计而言，应变式压力传感器是重点部分，它的特色指标将对放大电路及显示仪表的选择起决定性的作用。所以

10、，第一要研究和丈量压力传感器的特色指标。（2）压力传感器的参数测试和性能研究丈量传感器内部各桥臂的电阻值：将100g传感器电缆线接入实验模板，用万用表丈量R1、R2、R3、R4.的电阻值。测定压力传感器的其余性能：压力传感器敏捷度及线性即在某必然的供桥电压下，单位荷载变化所惹起的输出电压变化，用S表示：S=U0/F实验中，不仅要求出S值，还要求利用两个变量的统计计算法求输出电压U0和压力F之间的相关系数，即线性度。压力传感器电压敏捷度即在额定荷载下，供桥电压变化所惹起的输出变化，用Sv=U0/U桥Sv表示，则相同，也要研究其线性，求其相关系数。实验仪器有数字电压表、稳压电源、砝码若干。3）决定

11、其余部分的设计参数依据压力传感器的量程和电子秤的称重范围，在充分利用传感胸襟程的前提下，设计计算放大器的放大倍数和传感器的工作电压。设计放大电路，并进行调试和安装测定。可在指导老师的指导下熟习相关的放大线路，并进行线路的测定和调试。因为压力传感器输出的信号是很小的，一般为毫伏的量级，依据设计的要求，要在0的称量范围内，直接以电压值显示，所以需要放大系统将该信号进行放大再输入显示系统显示物体的重量。本设计中采纳差动放大器实现，丈量放大电路除可自行安装调试外，也可直接采纳实验室供给的放大倍数可调的实验模板，模板使用和调试方法拜见附录。4）整机测定和调试把传感器、放大器和显示装置（采纳合适合程和精度

12、的数字电压表）连成一体，进行模拟测试，求物体重量变化与输出电压示值的关系，考据各项指标能否达到要求。六、数据分析：表1压力传感器的压力特色m（g）0102030405060708090100加U(mV)8.5减U(mV)8.3用逐差法求敏捷度为：加U时：S=U0/F=42.18/(50*9.8)=（V/N）减U时：S=U0/F=42.3/(50*9.8)=（V/N）用两个变量的统计计算法求输出电压U0和压力F之间的相关系数为：加U时减U时输出电压U0和压力F线性度比较好。表2压力传感器的电压特色E（V）12345678910U0(mV)U050(mV)用逐差法求敏捷度为：额定荷载为0g时：Sv

13、=U0/U桥额定荷载为50g时：Sv=U0/U桥用两个变量的统计计算法求输出电压U0和供桥电压U桥之间的相关系数为：额定荷载为0g时：输出电压U0和供桥电压U桥线性度不好。额定荷载为50g时：输出电压U0和供桥电压U桥线性度比较好。额定荷载为0g时：输出电压与工作电压的关系特色图v/UU001234567891011E/V额定荷载为50g时：输出电压与工作电压关系特色图180160v140120m100u/80U604020001234567891011E/V输出电压与标准砝码的标称值的关系mg(g)0102030405060708090100U0(mv)相对偏差：mg=10g时，E=（）/10=0.4%mg=20g时，E=（）/20=0.4%mg=30g时，E=（）/30=0.37%mg=40g时