电子应变片组成电子秤毕业论文

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1、-摘要电阻应变式传感器是根据应变原理，通过应变片和弹性元件将机械构件的应变或应力转换为电阻的微小变化再进展电量测量的装置。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型构造的测量装置。应变式传感器具有以下优点：1测量围宽、精度高，如测量力可达10-1106N、 0.05% F.S，测量压力可达101011Pa、0.1% F.S，测量应变可达k级；2动态响应好，一般电阻应变片响应时间为10-7s，半导体式应变片响应时间达10-11s；3构造简单，使用方便，体积小，重量轻；品种多，价格低，耐恶劣环境，易于集成化和智能化。电阻应变片传感器通过调节放大器的放大倍数，并采用 A/

2、D转换器，通过A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。这种电子秤具有准确度高，操作简单，性能稳定 ，价格低廉，本钱低，制作简单等优点。关键字：电子秤、电子应变片、A/D转换器，显示电路LED。目 录摘要I目录II前言1第 1 章绪论21.1 课题意义21.2课题方案2第2章测量电路32.1 应变式传感器的工作原理32.2 电阻应变片的特性42.2.1 电阻应变片42.2.2 横向效应52.2.3 应变片的温度误差及补偿62.3电阻应变式传感器的测量电路82.3.1 直流电桥82.3.2 交流电桥11第3章应变传感器的应用133.1 柱(筒)式力传

3、感器133.2 膜片式压力传感器13第4章差动放大电路154.1仪表仪器放大器的选择154.2 差动放大电路图：164.3 A/D转换164.4 A/D转换器的选择174.5 电压表局部电路图应用17第5章用电阻片构成的电子秤19总结21参考文献22. z.-前 言本文简述的是由电阻应变片式传感器组成的电子秤。电子秤是由电阻应变片，测量电路，差动放大电路，A/D转换器，显示电路等电路组成。其中电阻应变片是重中之重。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型构造的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进展一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入

4、信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进展模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。. z.-. z.-. z.-第 1 章 绪 论电子秤具有称重准确度高，简单实用，携带方便本钱钱低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格廉价等优点。1.1 课题意义电子秤具有称重准确度高，简单实用，携带方便本钱钱低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格廉价等优点。是家庭购物使用的首选其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用

5、于电子秤以及各种新型构造的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进展一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进展模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。1.2课题方案利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到A/D转换器。其次，由A/D转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进展一定倍数的放大，然后送A/D转换电路中。再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。具体方案如下：电阻应变式传

6、感器输出信号差动放大电路放大信号显示电路LEDA/D转换电路双积分第2章 测量电路电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和围度。2.1 应变式传感器的工作原理任何在线性围变形的弹性体，当其受力发生变形时，长度将发生改变，产生应变，这种效应称为应变效应。长度的相对变化称为应变，用表示，=L/L，其中L是原始长度，L是变化量。利用电阻应变片将应变转化为电阻变化的传感器通称为应变式传感器。应变式传感器的工作原理是，机械弹性构造体受力变形时产

7、生应变效应，这种应变效应由电阻应变片完成检测，应变片的电阻变化再由电桥完成信号的转换，并最终输出与弹性体受力成对应关系的电信号。为了弄清楚电阻应变片的工作原理，先考察金属电阻丝受力变形后的电阻变化，电阻丝拉伸前后的变化如图2-1所示。图 4-1 金属丝应变效应金属丝的原始长度是L，半径r，受力F作用后长度为L+L，半径为r-r。根据金属丝的电阻计式， 由R的全微分得到R的相对变化，表达式如下：(2-1)式中：L/L是长度的相对变化，即应变；S/S是截面积的相对变化；/是电阻率的相对变化。对于金属丝的变形，有(2-2)式中：为泊松比，它反映了金属丝变形后长度的相对变化L/L和半径的相对变化r/r

8、之间的比例关系，如对于钢材，=0.285。将式(2-2)代入式(2-1)，得(2-3)电阻的相对变化对应于应变的灵敏度系数定义为2-4所以金属丝的灵敏度系数为(2-5) 2.2 电阻应变片的特性2.2.1电阻应变片电阻应变片有金属应变片和半导体应变片两种。传统的金属应变片又分为丝式和箔式两种。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。半导体应变片的灵敏度系数一般高于金属应变片，但稳定性不如金属应变片。图2-2(a)、(b)、(c)分别是丝式应变片、箔式应变片和半导体应变片的构造。丝式、箔式应变片的构造特点是将敏感应变的电阻丝用不同的工艺方法制作成栅状。图2-2 金

9、属电阻应变片的构造金属应变片对电阻丝材料有较高的要求，一般要求灵敏度系数大，电阻温系数小，具有优良的机械加工和焊接性能等，康铜是目前应用最广泛的应变丝材料。根据应变片应变测试方向的不同，应变片有多种构造形式，主要有正向、切向、45方向、圆周方向等形式的应变片。应变片是用粘结剂粘贴到被测件上的，这就要求粘结剂形成的胶层必须准确迅速地将被测件的应变传递到敏感栅上。选择粘结剂时必须考虑应变片和被测件的材料性能，要求粘接力强，粘结后机械性能可靠，电绝缘性良好，蠕变和滞后小，耐湿，耐油，耐老化等。常用的粘结剂类型有硝化纤维素型、氰基丙稀酸型、聚酯树脂型、环氧树脂型和酚醛树脂型等。传统的丝式金属应变片已经

10、很少见，目前常用的是箔式金属应变片这种应变片的制作方式有蚀刻、蒸发和溅射等工艺。应变片的阻值通常在一百欧姆到几千欧姆之间，金属应变片阻值较小，半导体应变片阻值较大。应变片通常要求有较高的绝缘电阻，一般在50100 M以上。应变片的最大工作电流是指应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流。工作电流大，输出信号也大，灵敏度就高。但工作电流过大会使应变片发热，使灵敏度系数产生变化，零漂及蠕变增加，甚至烧毁应变片。工作电流的选取要根据试件的导热性能、工作环境温度及敏感栅形状和尺寸来决定。通常直流静态测量时取25mA左右，交流或间隙测量时可适当取高当具有初始电阻值R的应变片粘贴于试件外表时，试件

11、受力引起的外表应变将传递给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化R/R。实验说明，在弹性变形围，R/R与轴向应变*的关系满足下式: (2-6) 定义K=(R/R)/*为应变片的灵敏度系数。它表示安装在被测试件上的应变片在其轴向受到单向应力时，引起的电阻相对变化R/R与其单向应力引起的试件外表轴向应变*之比。由于受到敏感栅构造形状、成型工艺、粘结剂和基底性能的影响，应变片的灵敏度系数K通常小于相应敏感栅整长应变丝的灵敏度系数k。其中最主要的影响因素是敏感栅的构造形状，尤其是栅端圆弧局部横向效应的影响。2.2.2横向效应如图2-3(a)所示，应变片粘贴在被测试件上时，其敏感栅由n条长度为l1的直线段

12、和端部n-1个半径为r的半圆弧组成，则敏感栅对应的金属丝长为nl1+(n-1)r。当将敏感栅与等长度直线状的金属丝置于同样的轴向应变*下，并比较其电阻变化时，敏感栅中直线局部nl1与等长度直线状金属丝产生的电阻变化是一致的，但敏感栅的半圆弧段则受到从*到y(图中y=-*)之间变化的应变，有的拉伸，有的反而压缩，其电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度金属丝电阻的变化。图2-3 应变片轴向受力及横向效应(a)应变片轴向受力图；(b) 应变片的横向效应综上所述，将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态一样，但由于应变片敏感栅端部的构造导致电阻变化减小，因而其灵敏度系数K较整长电阻丝的灵敏度系

13、数k小，这种现象称为应变片的横向效应。应变片是利用敏感栅直线段的应变电阻变化完成应变测量的，转弯段不仅降低了灵敏度，还带来测量误差。为了消除转弯段的影响，减小横向效应，可使转弯段短路或尽量使转弯段本身的阻值降低，为此，一般多采用箔式应变片的构造，它的转弯段与直线段相比要宽大得多，如图4-2(b)所示的构造。应变片的温度误差及补偿应变片的温度误差电阻温度系数引起的阻值变化当金属电阻丝的温度变化时，其电阻也将改变。敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可表示为Rt=R0(1+0t) (2-7) 式中：Rt是温度为t时的电阻值；R0是温度为t0时的电阻值；0是金属丝的电阻温度系数当温度变化t时，电阻的变

14、化为R=Rt-R0=R00t (2-8)式中，t为温度的变化值，t=t-t0。电阻丝和应变试件线膨胀系数不同引起的阻值变化当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。设电阻丝和试件在温度为0时的长度均为L0，它们的线膨胀系数分别为s和g，假设两者不粘贴，温度变化后的长度分别为电阻丝：Ls=L0(1+st)试件：Lg=L0(1+gt)粘在一起时，电阻丝跟随试件改变，附加应变为(2-9)附加的电阻变化是(2-10)温度系数和线膨胀系数引起的虚应变由式(2-8)和式(2-10)，可得由于温度变化而引起的应变片电阻相对变化总量为(2-11) (2-11)式中，为应变片粘贴后的当量电阻温度系数，有=0+K(g-s) (2-12)对应的虚应变为 (2-13)电阻应变片的温度补偿自补偿法自补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来进展补偿的。由式(2-12)可知，如果应变片金属丝的电阻温度系数0满足0=-K(g-s) (2-14)则温度引起的虚金属丝应变为零，可实现自补偿。