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1、传感器与自动检测技术毕业论文 C 传感器与自动检测技术 课程设计 时间： / 学年学期 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 红河学院工学院自动化系 目录 第一章、设计方案简介 (01) 设计内容 (01) 设计要求 (01) 称重系统方框图 (01) 第二章、汽车电子称设计 (02) 称重系统的结构组成 (02) 称体设计 (02) 称重系统主要技术参数 (03) 元器件选择 (04) 电子称的具体设计 (08) 电子称的安装 (09) 第三章、电子称的调试检定 (11) 电子称的调试 (11) 电子秤检定 (11) 第四章、电子称的操作与维护 (12) 电子称的操作 (12)
2、维护保养 (13) 故障分析 (13) 第五章、设计评述 (14) 心得体会 (14) 参考文献 (14) 第一章设计方案简介 汽车衡也被称为地磅，是厂矿、商家等用于大宗货物计量的主要称重设备。在二十世纪80 年代之前常见的汽车衡一般是利用杠杆原理纯机械构造的机械式 汽车衡，也称作机械地磅。二十世纪80 年代中期，随着高精度称重传感器技术的日趋成熟，机械式地磅逐渐被精度高、稳定性好、操作方便的电子汽车衡所取代。 汽车衡标准配置主要由承重传力机构(秤体)、高精度称重传感器、称重显示仪表三大主件组成，由此即可完成汽车衡基本的称重功能，也可根据不同用户的要求，选配打印机、大屏幕显示器、电脑管理系统以
3、完成更高层次的数据管理及传输的需要。高精度称重传感器是汽车衡的核心部件，起着将重量值转换成对应的可测电信号的作用，它的优劣性直接关系到整台衡器的品质。 一、设计内容 1、设计一个100吨汽车电子称； 2、称体设计； 3、传感器选择； 4、掌握电子称的设计、组装与调试方法； 5、采用电阻应变式传感器； 二、设计要求 1、测量范围：100吨左右； 2、输出信号的处理； 三、称重系统方框图 第二章汽车电子称的设计 一、称重系统的结构组成 汽车电子称主要由称台、称重传感器、连接件、限位装置、称重显示器及接线盒等零部件组成，还可以选配打印机、大屏幕显示器、计算机和稳压电源等外部设备。 二、称体的设计 1
4、、称体设计图如下所示： 2、称重系统组成序号说明列表如下： 序号名称数量 说 明 序号名称数量说明 1 称台 2 6 计算机 1 选配件 2 限位装置 2 7 显示仪表 1 3 传感 器 6 8 大屏幕 1 选配件 4 接线 盒 2 9 打印机 1 选配件 5 连接 键 6 10 稳压电源 1 选配件 三、称重系统主要技术参数 1、汽车衡主要技术参数 （1）最大称重：100T （2）台面尺寸：3.418m （3）准确度等级：级 0-500e 0.5e （0-20T 20kg） 2000e 1.5e （80T 60kg） （4）最大分度数：n=3000& r& y# _, y6 |- U9 D$
5、 x, y o0 D （5）检定分度值：e=40kg （6）显示分度值：d=20kgE) y0 J0 t& L) P X （7）工作环境：温度-1045，相对湿度不大于95%RH （8）电源：220VAC(-7%+7%) 50Hzv# 2 w1 c5 K （9）具有置零、自动零点跟踪、断电数据保护、故障自诊断等功能 2、传感器主要技术指标 （1）最大量程：20T （2）灵敏度：2mV/V （3）综合误差：0.03% J: u. W+ W5 C+ k# r8 E2 n （4）安全过载：150% （5）输入阻抗：3751 （6）输出阻抗：3701 （7）绝缘电阻：5M （8）安全侧载：100% （
6、9）极限超载：400% （10）传感器：6个 四、元器件选择 1、称重传感器的选择 称重传感器采用电阻应变片称重传感器。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表 面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 电阻应变式传感器的称量范围为300g至数千kg，计量准确度达1/1000 1/10000，结构较简单，可靠性较好。大部分电子衡器均使用此传感器。 称重传感器在选用时要考虑到很多因素，
7、实际的使用当中我们主要从下列几个因素考虑。另外，称重传感器的灵敏度、最大分度数、最小检定分度值等也是传感器选用中必须考虑的指标。 （1）传感器的数量和量程 传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数(支撑点数应根据秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定)而定。一般来说秤体有几个支撑点就选用几只传感器。 传感器的量程选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。一般来讲，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但是在实际的使用当中，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷
8、，因此选用传感器时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。下面给出一个经过大量实验验证的经验公式。 公式如下： C=K0K1K2K3(Wmax+W)/N 式中 C一单个传感器的额定量程 W一秤体自重 Wmax一被称物体净重的最大值 N一秤体所采用支撑点的数量 K0一保险系数，一般取1.21.3之间 K1一冲击系数 K2一秤体的重心偏移系数 K3一风压系数 因此此实验应选量程为100t的。 （2）传感器的准确度等级选择 称重传感器的准确度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、滞后、灵敏度等技术指标。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器，应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下，选
9、用传感器的总精度为非线性、不重复性和滞后三项指标的之和的均方根值略高于秤的精度。 （3）各种类型传感器的应用范围及用途 称重传感器形式的选择主要取决于称重的类型和安装空间，保证安装合适，称重安全可靠；另一方面要考虑厂家的建议。对于传感器制造厂家来讲，它一般规定了传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构形式、弹性体的材质等。譬如铝合金悬臂梁传感器适合于电子计价秤、平台秤、案秤等；钢式悬臂梁传感器适用于电子皮带秤、分选秤等；钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。称重传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制、安全过载报警、材料试验机等
10、领域。如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态轴重秤、电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配料秤、罐装秤等。 （4）使用环境 称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测量的电信号输出装置。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对于正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。一般情况下，高温环境对传感器造成涂覆材料融化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题；粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响；在腐蚀性较高的环境下会造成传感器弹性体受损或产生短路现象；电磁场对传感器输出会产生干扰。相应的环境因素下我们必须选择
11、对应的称重传感器才能满足必要的称重要求。 对传感器等级的选择必须满足下列两个条件： (1)满足仪表输进的要求。称重显示仪表是对传感器的输出信号经过放大、AD 转换等处理之后显示称量结果的。因此，传感器的输出信号必须大于或即是仪表要求的输进情号大小，即将传感器的输出灵敏度代人传感器和仪表的匹配公式，计算 结果必须大于或即是仪表要求的输进灵敏度。 (2)满足整台电子秤正确度的要求。一台电子秤主要是由秤体、传感器、仪表三部分组成，在对传感器正确度选择的时候，应使传感器的正确度略高于理论计算值，由于理论往往受到客观条件的限制，如秤体的强度差一点，仪表的性能不是很好、秤的工作环境比较恶劣等因素都直接影响
12、到秤的正确度要求，因此要从各方面进步要求，又要考虑经济效益，确保达到目的。 本设计选用TU张力和压缩称重传感器，外形结构如下： 主要特征： 测量范围为从 50 到 1000Kg 精度等级：0.2% 全部不锈钢结构 抗腐蚀 保护等级：IP67（DIN40050） 2、称重显示仪表的选择 称重仪表的内部结构包括：放大电路、A/D 转换、单片机以及和单片机相连的控制面板、显示部分、打印部分和串型通讯部分。现讨论的是其模拟信号及量化部分，即输入信号和其中的放大电路、A/D 部分的关系。 （1）集成运算放大器 称重仪表采用的放大器均为高精度集成运放（如OP177、OP277、MAX422 等），具有高分
13、贝、低失调、低温漂、高共模抑制比等特点。称重传感器输出的差模信号正极与运放的同相输入端相连UP，负极和运放的反相输入端相连UN，运放的同相与反相输入电阻均为Ri，反馈电阻Rf，则减法运算后输出电压Uo=（Rf /Ri）（UP- UN），增益Av=Rf /Ri。调整反馈电阻使Uo和A/D转换器的模拟信号电压等级相匹配。由于 仪表中运放采用几乎固定的增益和A/D模拟输入信号范围，根据上式得出仪表的最大输入信号范围Ui为： Ui=UP- UN=（A/D 模拟信号范围）/（运放增益） （2）模拟- 数字转换器 称重仪表中多采用16 位- A/D 芯片，理论上能把采集来的模拟信号（上面论述的Uo）作216（65536）等份。以基准电压对照，每一份模拟信号（ =1/65536）对应一个数字量，这样就实现了模数转换的功能。在无其他因素限制时，可以把A/D的输出信号看成仪表内码的变换范围。把运放和A/D放在一起考虑，不难得出以下结论：仪表的A/D可以看成是等分其额定输入信号范围的。实际使用中的输入信号往往很难接近其额定输入信号，甚至有的达不到仪表输入信号范围的一半，这样不利于整个产
