用悬臂梁式称重传感器设计一个电子天平

用悬臂梁式称重传感器设计一个电子天平设计思路本试验承受悬臂梁式称重传感器，所称物体产生的压力由称重传感器检测，并由传感器测量电路转化为相应的模拟电信号输出。称重传感器输出的模拟量，数值一般很小，达不到A/D转换接收的电压范围。所以送A/D转换之前要对其进展前端放大、整形滤波等处理。然ICL71073A/DLED数码管，故不需要使用单片机进展相应的数型码，输入到相应的信号电极就实现了所称物重数字量的输出。设计方案将电阻丝应变片粘贴到悬臂梁上适宜的位置，并接入全桥测量电路，相对的桥臂受力一样，相邻的桥臂受力相反，其中一对受拉力作用，另一对受压力作用。由于电阻丝在外力作用下发生气械变形时，其电阻值发生变化，从而引起电压发生变化，即电桥的输出电压反映了相应的受力状态。利用电桥传感器测应力的变化，可以间接的测量物体的质量。传感器测A/DA/D过芯片内部电路将转换后的数字量转化为LED可识别的七段字型码送交LED显示器显示。压力测量仪的原理在该称重系统的设计中有着极大的应用。其或许的原理框图主要由以1传感器传感器A/D转换显示器传感器供电电称重式传感器

1压力测量仪组成框图CZL-1R称重传感器，其405±15Ω，输出阻抗：350±15Ω；鼓励电压：10V；工作温度范围：-20～+60℃。1传感器测量电路称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变2R1，R2，R3和R，其中两对角点AC接电源电压U 10V，另两个对角点BD为桥路的输出U ，桥臂4 SL SC电阻为应变电阻。图2 传感器电桥测量电路USC为零。当传感器受到外界物体重量影响时，电桥的桥臂阻值发生变化，电桥失去平衡，则测量对角线上有输出，即U 0。SC传感器供电电源2，RoR，而另外两个桥臂的电阻削减，减小量也为△R化△RT。这里假设△RR，并且电桥负载电阻为无穷大，则电桥的输出为：USC=E*(R+△R+△RT)/(R-△R+△RT+R+△R+△RT)-E*(R-△R+△RT)/(R+△+R-△R+△RT)=E*△R/〔R+△即USC=E*△R/〔R+△RT〕E的大小和精度有关，还与温度有关。假设RT0，则E恒定时，电桥的输出与△R/R成正比。当△RT≠0E恒定，电桥的输出与△R/R也不成正比。这说明恒压源供电不能消退温度影响。另外，使用电压表监测传感器的供电电源(用数字万用表电压挡测量输出电压)，必需保证供给传感器的电压是恒定值，才能保证传感器的输出信号与被测量呈线性关系。2放大系统首先，压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进展放大，放大的信号应能满足3位半A/D0V～1.999V1mV/V0～10mVA/D转换的输入应为0～1.999Kg1mV/g，因此要求放大器的放大倍数约为200100失调电压，低漂移，稳定性高，经济性好的芯片。电源电压为±12V。调零，以保证电子天平在没有称重时显示零读数；并且测压力时读数正确反映被测压力。模数转换及显示系统传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量，本试验中承受转换器来实现模数转换，芯片型号：ICL7107CPL；芯片封装：DIP40；该芯片的根本特点如下:①ICL710731/2A/D转换器，属于CMoS大规模集成电路，它的最大显示值100uV0.051个字。5V两21GND30IN。2.8VVREF。④能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。⑤输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。LED共阳极数码管就能构成一只直流数字电压表头。⑦噪音低，温漂小，具有良好的牢靠性，寿命长。15mw〔LE。LEDV+.3⑩可以便利的进展功能检查。LED共阳极数码管就能构成满足要求的数字显示表。单元电路设计传感器的测量电路图再做一点补充说明。图中两对角点AC接标准电源电压U 10V，为保证测量的精度，可以对电压进展检测。另两个对角点BD为桥路的输SLUSCR，当有重力作用时，受拉的两个桥臂电阻增加△R，而另外两个受压的桥臂电阻削减，减小量也为△R。传感器电桥测量电路考虑温度影响，电桥输出信号为USC=E△R〔R△R可在称重前先对天平进展调零再称量读数，故温度对测量精度的影响可降到最低。放大电路依据要求，放大器的放大倍数应为200倍左右，故承受两级放大电路级联组成满足要求3。其次，在电路设计过程中必需要考虑电路的抗干扰性能和稳定性，以及低失调电压，漂移等影响因素，于是在电路中设置了调整端子。图3R4RP进展零点调整。为了准确测量，该放大系统的设计遵循了保证输入级是高阻，输出级是低阻的原则，系统具有很高的抑制共模干扰的力量；电源电压为±12V和±15V。4具体的运算放大电路如以下图所示：图3 由分立原件组成的放大电路模数转换及显示电路AD转换器来实现模数转换，它能直接驱动共阳LED4对IC7107Va1-g1,a2-g2,a3-g3LED显示器的相应笔画电极；Bck：01；PM：液晶显示器反面公共电极的驱动端；Oscl-OSc3：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体3840Fosl=0.45/RC；COM：模拟信号公共端，简称“模拟地500VREF-是基准电压正负端；INT：27IN＋和IN-：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端；AZRintidlingcurrent100μA，而20μARint至积分电容器，其值在满刻2V470K。ICL7107的各管脚及相关外接电路如图4所示：5图4 ICL7107的引脚及外接电路图转换器ICL7107的工作原理双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D压分别进展两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字量输出。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进展两次积分。计数器对反向积分过程的时钟脉冲进展计数。掌握规律包括分频器、译码器、相位驱动器、掌握器和锁存器。分频器用来对时钟脉冲渐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共LEDfcBCD-7BCD码LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的规律电平变成驱动相应笔画的方波。掌握器的作用有二个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出掌握信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进展。其次，当输入电压超量限时发出溢出信号，使最高位显示“1“，其余码全部熄灭。锁存器用来存放A/DLED。6图5ICL7106A/D转换器原理A/D转换的测量周期它的每个测量周期分为自动调零〔A、信号积分〔IN〕和反向积分〔D〕三个阶段第一阶段：转换开头前〔转换掌握信号VL=0)，先将计时器清零，并接通开关S0，使积分CS1V1V1进展固定时间Tl的积分，结果为：V=-T1V1/RC，该式说明，在TlV0Vl成正比；第三阶段：S1VREF所经过的积分时间T2则可得，可得到T2=T1V1/Vref；令时钟脉冲CD的周期为Tc，计数器在T2N得：T2=N·TcN=T1Vi/TcVref；分析得T1,Tc和VREF固定NVIN成正比，实现了模拟量到数字量的转变。图6 ICL7107与LED接线电路图7LEDA/D转换器的连接如图6所示，ICL7107LED并直接LED显示，其中最高位只显示0和1，其余三位显示0-9各数。完整的电路原理图如下所示：图7 电路原理图8A/D转化过程的时间安排假设时钟脉冲频率为40KHz，每个周期为4000Tc,如图5所示，每个测量周期中三个阶段工作自动循环。图8 双积分型A/D转换器的电压波形图各阶段时间安排如下：Tl1000Tc。T2用0一2023TcVIN的大小打算的。T0用1000－3000Tc。TVIN1C

1000T T CCTVVRFF=100.0mvTC

INREF

。INVINTl50Hz沟通电网，其周期为20ms，应选T1=n×20ms。n=l,2,3……n越大，对串模干扰的抑制力量nA/DTl=100msf0＝40KHz。o1 0.45oT0=2RC*1.1=2.2RC〔T0为振荡周期

2.2RCRC。f0=40KHz9ICL7107主要参数如下表：ICL7107V+toGND6V温度范围0℃to70℃电源电压ICL7107V-toGND-9V热电阻PDIPqJA(℃/W)MQFP50℃80℃模拟输入电压V+ toV-最大结温150℃参考输入电压V+toV-最高储存温度范围-65℃to150℃课程设计小结通过这个课题设计，我根本把握了金属应变片组成的称重传感器的正确使用方法；了解包括要用到些什么器件也比较模