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4、制造调试报告 XXX：单片机 XXX：传感器及调理电路 XXX：上位机接口及Labview实习主要内容：1、 参观企业：1）南京计量院2）南京熊猫机电技术有限公司等2、 电子秤及其检测系统的设计；3、 电子秤及其检测系统制作；1） 双孔梁应变传感器的制作；2） 传感器调理电路制作与调试；3） 51单片机程序调试，实现电压信号的采集（AD0832模/数转换器），RS232串口程序。（要求先在Proteus仿真平台进行仿真和调试，再下载到单片机开发板运行程序）4） 上位机程序设计调试：在PC机上利用LabView编写虚拟仪器程序，实现与单片机的通讯，完成校准和对传感器静态特性曲线的显示，计算传感器
5、的线性度、重复误差等静态指标。传感器理论分析称重传感器性能要求：1）线性好；2）迟滞小；3）重复性好；4）零漂、蠕变小；5）测量结果与力的作用位置无关；称重传感器的主要参数：1）量程（60kg）；2）线性度；3）重复性；4）迟滞误差；5）灵敏度（包括放大器，V/kg)敏感元件及其材料常用弹性敏感元件：弹性柱、梁筒、膜片常用弹性元件材料：铬钢、合金钢、铬锰弹簧钢、铍青铜、铝合金对于弹性元件的要求强度高：具有较强的抗压(或抗拉)强度,以便在高载荷下有足够的安全性能。温度系数小且稳定、弹性滞后、弹性后效小、良好的机械加工和热处理性能、耐蚀性能好。铝合金好处：强度高：具有较强的抗压(或抗拉)强度,以便
6、在高载荷下有足够的安全性能。温度系数小且稳定。弹性滞后、弹性后效小良好的机械加工和热处理性能、耐腐蚀性能好。按变形形式分类 ：柱式力传感器、剪切式力传感器、弯曲式力传感器三大类优缺点：在称重和测力领域，经常采用拉压式和弯曲式应变传感器，该电路在精度和稳定性上已达到一定的水平，但由于拉压式称重测力传感器的高度直接影响精度和横向稳定性，而且力点移动对输出信号有影响，拉压对称性差，尤其是当安装条件和标准条件不一致时，引起的误差更难估计。而双孔梁称重测力传感器有零弯矩区，高度小，对加载方式和受力点移动不敏感，且抗偏心、抗侧向力，所以我们选用的称重传感器内部采用双孔梁作为弹性元件。而近年来发展起来的梁式
7、剪切称重测力传感器虽然消除了受力点变化对输出的影响，性能优良，但弹性体结构复杂，贴片也较困难，故本设计没有采用。弯曲式力传感器分析：一） 悬臂梁式问题：传感器的输出随载荷的位置而改变。双孔平行梁式为了改善悬臂梁的特性，在提高动特性的同时也增加灵敏度，将梁做成各种形状，以改变其应力分布并增强刚度，双孔梁就是其中有代表性的一种。双孔梁的结构如图所示，在板状梁上有两个孔，在梁的端部有集中力作用时，孔内承受弯曲变形。将应变片粘贴在如图所示处，应变片处于相反的应力区内，当R1和R2的变形为拉伸时，R3和R4为压缩变形，四个应变片组成差动电桥，输出特性的线性度好。另外，这种梁的刚度比单梁好，故动态特性好，
8、滞后小。根据应力分布图可以看出，受力点位置变化时，一孔的弯矩增加，另一孔的弯矩减小，可在桥路内自动补偿，从而提高了传感器精度，使用时对力点位置的要求也有所降低。问题：1）为什么开孔？=E*=M/W W反应灵敏度。开孔面积越小，W越小，灵敏度越大。2）如何保证输出与载荷位置无关？电桥输出为：结论：电桥输出与载荷位置无关！适合量程：小量程。对于平行梁有最大允许应力 估计 = 设材料h=55mm,L=30mm,H=20mm,直径D=15mm，则 m= 取材料应力=35010Pa,可求得m=490.5kg，则对于这样一个悬臂梁最大可测大约490.5kg的物体，所以测量60kg物体完全可以。贴片工艺电阻
9、式应变传感器的精度不仅仅与电阻应变片的应变输出精度有关，还与应变片的粘贴工艺密切相关，因此，正确的粘贴工艺对保证粘贴质量，提高测试精度关系很大。正确的粘贴工序主要包括：应变片检查、应变片表面处理、应变片的粘贴、应变片的粘贴质量检查、引出线的处理、应变片的防潮处理等。粘贴工序的每一步均需认真处理、严格操作，这样才能保证粘贴质量。1、 应变片检查根据要求而选用应变片，要做外观和电阻值的检查，对精度要求较高的需求，还应复测应变片的灵敏度系数和横向灵敏度。 （1）外观检查 检查线栅或箔栅的排列是否整齐均匀，是否有造成短路、断路的部位或有锈蚀痕迹，引出线是否焊接牢固，上下基底是否有破损等。 （2）电阻值
10、检查 经过外观检查并合格的应变片，要逐个进行电阻值的测量，并精确到0.05，配对桥臂的应变计电阻值应尽量相同。2、 应变片表面处理为使应变片粘贴牢固，必须要使粘贴的应变片表面部分平整光洁、无锈斑、氧化层、油污、灰尘等。一般采用细砂纸或细纱布对应变计和基底安装表面进行交叉打磨，使应变片表面呈现细致、均匀粗糙的毛面，基底的表面积要稍大于应变片的面积，如有条件可采用喷砂处理，严禁划伤需要粘贴的表面。打磨后的表面应采用纯度较高的无水乙醇或丙醇、三氯乙烯等清洁剂反复清洗，以确保粘贴面的清洁。3、 应变片的粘贴在处理好的粘贴位置和应变计基底上，各涂上一层薄薄的粘合剂，待粘贴剂变稠后，将应变片准确粘贴在预定
11、位置上。并在其上放一层玻璃纸或塑料袋薄膜，然后用手顺着应变计的轴向挤出多余的粘贴剂并派出其中的气泡，注意在整个操作过程中都不能用手碰应变计的两个表面。对粘贴好的应变计，依照粘贴剂说明书要求的温度、时间、压力等进行固化处理。4、 应变片的粘贴质量检查1）外观检查 观察应变片的位置是否粘贴正确，并用放大镜观察粘合层是否有气泡，整个应变片是否全部粘贴牢固，有无造成短路、断路等危险的部位等。（2）电阻值检查 应变片的电阻值在粘贴前后不应有较大的变化。（3）绝缘电阻检查 应变片电阻丝与应变计试件之间的绝缘电阻一般应大于200M，用于检查绝缘电阻的兆欧表，其电压一般不应高于250V，而且检查时间不宜过长，
12、以防止应变片击穿。5、 引出线的处理粘贴好的应变片引出线与测量用导线焊接在一起，为了防止应变片电阻丝和引出线被拉断，可用胶布将导线固定在试件表面，但固定是要考虑使引出线有弯曲的余量和引线与试件之间的绝缘6、 应变片的防潮处理为了防止粘贴好的应变计受潮或者腐蚀物的浸蚀，要对粘贴固化好应变片进行防潮处理，防止影响测试精度和减少试件的使用寿命。可在应变片上涂上石蜡或蜂蜡融化后涂在应变片表面，或者用防水胶如803等涂抹在应变片表面，这样可以长时间防潮。测量电路及矫正电路理论设计了恒流源供电的信号放大滤波电路，电原理图如下：根据传感器知识，设计采用恒流源对电桥供电（供电电流I=510mA）；放大线路采用
13、了三运放结构的测量放大器，两个对称的同相放大器构成第一级，第二级为差动放大器。在第一级两个放大器的同相端均通过一个电容接地，起到低通滤波的作用。测量放大器第一级闭环放大倍数为第二级的闭环放大倍数为为了提高电路的抗共模能力和抑制漂移的影响，根据上下对称原则取R6=R7，R8=R9，R10=R11，则整个放大器的闭环放大倍数为若取R8=R9=R10=R11，则放大电路放大倍数为即放大器的增益为此电路具有以下几项优点：1、采用电流源对电桥供电，使电桥非线性误差减小一半，提高了电桥的测量精度。2、改变电阻RG的大小，可以方便地调节放大器的增益。3、测量放大器具有很高的共模抑制能力。因为共模电压作用在R
14、G两端不会产生电位差，从而RG上不存在共模分量对应电流，也就不会引起输出。4、当运放A1和A2的参数匹配，失调误差大大减小，具体表现为由第一级两个运放失调电压和引起失调误差相互抵消，折算到放大器输入端的值为，等效失调参数很小。电路对放大器的要求：1、由上述分析可知，运放A1，A2的参数应当匹配，保证两者的失调误差抵消，而对运放A3的失调参数要求可以相对降低。通常选取R6=R7，抵消运放A1和A2本身共模抑制比不等造成的误差和克服失调参数及其漂移的影响。2、测量放大器虽然具有很高的共模抑制能力，但是对于交流工模电压，不能完全抑制。一方面可以通过采用“驱动屏蔽”技术来抑制，由于实验限制，此处未采用此种方法；另一方面测量放大器的共模抑制能力还受到运放本身的共模抑制比的影响。设计时通常将第一级的增益设得大些，而第二级的增益小些，把提高第二级的共模抑制比放在首位以提高整个放大器的共模抑制比。但由于实验室不具备恒流源，在实际使用中，电桥仍是采用电压源供电。整个信号放大电路如下：关于电路的几点说明：放大线路仍采用三运放结构的测量放大器
