電子稱的設(shè)計(jì)與制作

1、電子稱的設(shè)計(jì)與制作傳感器與檢測技術(shù)1.1 傳感器基礎(chǔ)知識1.1.1 概述 1.定義 傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的機(jī)械電子裝置。如下圖所示:物理量電量 傳感器與檢測技術(shù) 2.傳感器的組成 傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。如下圖的溫度電阻。 dV 傳感器與檢測技術(shù)3.傳感器的分類1)按被測物理量分類常見的被測物理量機(jī)械量:長度,厚度,位移,速度,加速度, 旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力, 壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速, 流量;聲: 聲壓

2、,噪聲.磁: 磁通,磁場.溫度: 溫度,熱量,比熱.光： 亮度，色彩 傳感器與檢測技術(shù)機(jī)械式,電氣式,光學(xué)式，流體式等。2)按工作原理分類:切削力測量應(yīng)變片 動圈式磁電傳感器 傳感器與檢測技術(shù)能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.3)按信號變換特征:能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測對象輸入能量使其工作. 例如:熱電偶溫度計(jì),壓電式加速度計(jì).能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片. 傳感器與檢測技術(shù)4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系:物性型：依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)信號變換。如:水銀溫度計(jì)。結(jié)構(gòu)型：依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。 傳感器與檢測技術(shù)5.傳

3、感器的命名 由主題詞加四級修飾語構(gòu)成。 主題詞傳感器；第一級修飾語被測量，包括修飾被測量的定語；第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式”字；第三級修飾語特征描述，指必須強(qiáng)調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后續(xù)以“型”字；第四級修飾語主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、靈敏度等）。 傳感器與檢測技術(shù)1.1.2 傳感器的主要特性參數(shù) 1.靈敏度 靈敏度是指傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起此變化的輸入量變化的比值。它是輸入與輸出特性曲線的斜率，如右圖所示，可表示為： 傳感器與檢測技術(shù) 2. 分辨率 分辨率是指檢測儀表能夠精確檢測出被測量最小變化值的能力。輸入量從某個(gè)

4、任意值緩慢增加，直到可以測量到輸出的變化為止，此時(shí)的輸入量就是分辨率?？梢杂媒^對值，也可以用量程的百分?jǐn)?shù)來表示。靈敏度愈高，分辨率愈好。 傳感器與檢測技術(shù) 3. 線性度與非線性誤差 線性度是用實(shí)測的檢測系統(tǒng)輸入輸出特性曲線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比來表示的，如下圖所示。 線性度可用非線性誤差來表示，計(jì)算式為： 傳感器與檢測技術(shù) 4. 遲滯 遲滯特性表明檢測系統(tǒng)在正向和反向行程期間，輸入輸出特性曲線不一致的程度。如右下圖所示。通過實(shí)驗(yàn)，找出輸出量的這種最大差值，并以滿量程輸出YFS的百分?jǐn)?shù)表示，如下式： 傳感器與檢測技術(shù)1.2 檢測系統(tǒng)的基本組成 一個(gè)完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常

5、是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成。檢測系統(tǒng)的組成框圖如下 ： 傳感器與檢測技術(shù)1.3 相對誤差 相對誤差是儀表指示值的絕對誤差與被測量真值x0的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示，即 相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度。在上面的例子中: 傳感器與檢測技術(shù) 引用誤差是絕對誤差與儀表量程上的比值，通常以百分?jǐn)?shù)表示。引用誤差 如果以測量儀表整個(gè)量程中，可能出現(xiàn)的絕對誤差最大值m代替，則可得到最大引用誤差r0m。 對一臺確定的儀表或一個(gè)檢測系統(tǒng)，最大引用誤差就是一個(gè)定值。 傳感器與檢測技術(shù)1.4 電阻應(yīng)變應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即阻值隨機(jī)械變形的變化而發(fā)生變。 傳感器與檢測

6、技術(shù)1) 工作原理上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會引起電阻變化,求導(dǎo)數(shù)金屬應(yīng)變片的電阻R為代入 傳感器與檢測技術(shù)有：金屬絲：金屬絲體積不變： 傳感器與檢測技術(shù)有：對金屬材料，導(dǎo)電率不變：金屬絲應(yīng)變片： 傳感器與檢測技術(shù)應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì) 傳感器與檢測技術(shù)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)簡化為：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大;體積小;缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。 傳感器與檢測技術(shù)3) 應(yīng)變片的主要參數(shù) 其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。 幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用 bL表示。電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。 靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。 傳感器與檢測技術(shù)4)

7、 應(yīng)變片測量電路VER1R2R3R4 傳感器與檢測技術(shù)5)應(yīng)用：測力 傳感器與檢測技術(shù)6)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 傳感器與檢測技術(shù)7)案例：橋梁固有頻率測量 傳感器與檢測技術(shù)案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。 傳感器與檢測技術(shù)1.5 電子稱的制作 1、原理 如圖所示，采用E350ZAA箔式應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350。 傳感器與檢測技術(shù)2、元件選擇1）IC1選用ICL7126集成塊；IC2、IC3選用高精度低溫標(biāo)精密運(yùn)放OP-07；IC4選用LM3851.2V。2）傳感器RI選用E350ZAA箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350。3）各電阻元件宜選用精密金屬膜電阻。4）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電阻代替。5）電容中C1選用云母電容或瓷介電容。 傳感器與檢測技術(shù) 3、制作 1）電子線路的制作元件布置：橫平豎直，間距適當(dāng)；錫焊：控制焊點(diǎn)大小，注意虛焊； 2）變形鋼件的制作 可用普通鋼鋸條制作，先將鋸齒磨平，再將鋸條加熱彎成“U”形，并在對應(yīng)位置鉆孔，以裝顯示部件。然后再進(jìn)行淬火和表面處理，秤鉤粘于鋼件底部。應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘劑粘接于鋼件變形最大的部位。 傳感器與檢測技術(shù) 4、調(diào)試1）在秤體自然下垂無負(fù)載時(shí)調(diào)RP1，顯示為零；2）再調(diào)整RP2，使秤體承擔(dān)滿量程2千克時(shí)顯示滿量程值；3）然