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電阻應(yīng)變片范文第1篇

關(guān)鍵詞：電阻應(yīng)變式傳感器、差分放大器、1602液晶

Figures based on resistance strain gauge dynamometer design

Paul Chang Bin Health Core Exhibition spend Junjie

Huanghuai College

Abstract: This paper describes the resistive strain gauge sensors based on the design of electronic measuring dynamometer and implementation. The system consists of 51 single-chip control, through the LCD screen automatically displays the measured size of grip. The circuits are measuring circuit, differential amplifier, A / D conversion, display circuit. Measurement circuit using resistive strain the power of the device to an object the size of the signal into corresponding electrical signals, electrical signals through the differential amplifier circuit will be amplified to the AD chip to identify within which can convert electrical signals into corresponding digital signals, finally measured in the liquid crystal display on the grip.

Keywords: strain sensor, a differential amplifier, 1602

一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

1.1設(shè)計(jì)任務(wù)

1．設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字顯示握力計(jì)，可以顯示出當(dāng)前的力量值。

2．用數(shù)字顯示被測(cè)力量。

1.2設(shè)計(jì)思路

數(shù)字顯示握力計(jì)的測(cè)量過(guò)程是把被測(cè)物體的力量通過(guò)電阻式應(yīng)變片傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。由于這一信號(hào)通常都很小，需要進(jìn)行放大，放大后的模擬信號(hào)經(jīng)由模/數(shù)芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再通過(guò)顯示器顯示出力量大小。

1.3工作原理

當(dāng)被測(cè)物體（主要是手臂力量）使用數(shù)字顯示握力計(jì)檢測(cè)時(shí)，其力量使握力計(jì)彈簧變形便通過(guò)電阻應(yīng)變片傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)，將物體的力量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(電壓或電流)。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的判斷、分析，再送到顯示電路。

二、方案設(shè)計(jì)與論證

2.1整體方案

通過(guò)電阻應(yīng)變片產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)放大電路把信號(hào)放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片TCL2543進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由于此芯片可直接用于數(shù)字顯示，故轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量直接用數(shù)碼顯示器進(jìn)行顯示。此方案的優(yōu)點(diǎn)是外部電路非常簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)較高的精度。

三、電子元器件的選取

3.1傳感器的選擇

電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，測(cè)量范圍廣,壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。

3.2運(yùn)算放大器的選擇

市場(chǎng)上有已成形的集成運(yùn)算放大器，如AD620儀用放大器能直接用于該設(shè)計(jì)的放大部分，且集成芯片相對(duì)于自己用單運(yùn)放搭接的運(yùn)放電路具有更穩(wěn)定的性能，誤差更??；但集成運(yùn)算放大器價(jià)格相對(duì)較高，而且自己搭接的運(yùn)放電路其誤差范圍已經(jīng)基本滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求，所以我們選取OP07單運(yùn)放搭接差分運(yùn)算放大器的方式，同時(shí)一定程度上鍛煉了模擬電路的實(shí)踐能力。

3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)芯片的選取

根據(jù)本課題的要求，要滿(mǎn)足最低檔位的分辨率，必須選取位數(shù)較高的A/D芯片，串行的TLC2543芯片驅(qū)動(dòng)程序相對(duì)并行A/D復(fù)雜一點(diǎn)，但根據(jù)市場(chǎng)零售價(jià)格比較，該芯片是滿(mǎn)足要求的最便宜的芯片，本著開(kāi)發(fā)項(xiàng)目盡量縮減成本的原則我們最終選取了該芯片。

3.4顯示器的選擇

選取SMC1602a LCM點(diǎn)陣型液晶對(duì)放大以后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

四、各硬件模塊的具體實(shí)現(xiàn)方案

系統(tǒng)硬件包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集及放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、自動(dòng)換檔模塊、數(shù)碼管顯示模塊。

4.1電源模塊

由于系統(tǒng)硬件有OP07，而運(yùn)放電路要求正負(fù)9V電源，故此整個(gè)放大電路需要的電源可以直接用可充電的鋰電池。

4.2傳感器模塊

電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路而最后顯示或記錄被測(cè)量值的變化。在這里，我們用電阻應(yīng)變式傳感器作為測(cè)量電路的核心。并應(yīng)根據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度。

4.3、差動(dòng)放大電路

數(shù)字顯示握力計(jì)使用電阻應(yīng)變?nèi)珮蚴絺鞲衅?其核心是由電阻應(yīng)變計(jì)(應(yīng)變片)構(gòu)成的電橋電路,這類(lèi)傳感器具有成本低、精度高且溫度穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。但其檢測(cè)原理決定該類(lèi)傳感器輸出電壓低,要經(jīng)過(guò)差分放大電路放大數(shù)百倍才能用于A/D轉(zhuǎn)換。一般說(shuō)來(lái)，傳感器輸出的電壓值都非常小，基本上都是毫伏級(jí)甚至微伏級(jí)，需要外部放大電路來(lái)獲得足夠的增益。

儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動(dòng)放大器。它只需高精度OP07和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。

OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低和開(kāi)環(huán)增益高的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。

4.4、A/D轉(zhuǎn)換

在實(shí)際的測(cè)量和控制系統(tǒng)中檢測(cè)到的常是時(shí)間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量，這種連續(xù)變化的物理量稱(chēng)之為模擬量，與此對(duì)應(yīng)的電信號(hào)是模擬電信號(hào)。模擬量要輸出顯示，首先要經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，LCM點(diǎn)陣型液晶才能接收、處理。

五、系統(tǒng)調(diào)試

5．1調(diào)試過(guò)程

（1）．首先在握力計(jì)無(wú)負(fù)載時(shí)確保顯示器準(zhǔn)確顯示零。

（2）．然后握力臂施以不同的力量，觀察顯示器是否準(zhǔn)確顯示力量大小，如有偏差，采樣十五次求平均值。

（3）．零位穩(wěn)定是影響握力計(jì)精度非常重要的因素，因受溫度或其它因素影響將引起零位不穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱(chēng)為零漂。由于零漂的影響，零輸入信號(hào)時(shí)，輸出可能不為零，為消除這個(gè)零位漂移值，采用零位補(bǔ)償技術(shù)，零位補(bǔ)償就是把這個(gè)零漂值儲(chǔ)存起來(lái)，每一數(shù)據(jù)采集時(shí)減去這個(gè)數(shù)值，得到的數(shù)值就是消除零漂的有效信號(hào)。

六、系統(tǒng)功能

該數(shù)字握力計(jì)，測(cè)量范圍分成四檔，0～1.999Kg、0～19.99Kg、0～199.9Kg、0～1999Kg。用數(shù)字顯示被測(cè)握力，小數(shù)點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)不同的量程顯示，且具有量程自動(dòng)切換功能，能適應(yīng)不同層次的人群。

七、設(shè)計(jì)總結(jié)

目前，市場(chǎng)上的小型數(shù)顯握力計(jì)很少但是其正朝著小型化、高精度、智能化方向發(fā)展。TCL2543采用較小的封裝，尺寸很小，所需的器件也很少，滿(mǎn)足了握力計(jì)小型化的需求；其內(nèi)置各種控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，并且可以通過(guò)SPI接口方便地控制和讀取這些寄存器，滿(mǎn)足了握力計(jì)智能化的需求。

在電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)中，我們花了大量的時(shí)間和精力進(jìn)行資料查閱和方案論證，結(jié)合自己所學(xué)，認(rèn)真解決每一個(gè)功能模塊中遇到的問(wèn)題。

我們還用仿真軟件Proteus 6 Professional 進(jìn)行某些功能模塊的仿真，收到了很好的效果。

八、參考文獻(xiàn)

[1] 張毅剛．單片機(jī)原理機(jī)應(yīng)用．北京：高等教育出版社，2003．

[2] 王化祥、張淑英．傳感器原理及應(yīng)用．天津：天津大學(xué)出版社，2007．

[1] 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)部分．北京：高等教育出版社，2003.

[1] 童詩(shī)白．電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分．北京：高等教育出版社，2003．

作者簡(jiǎn)介：

常生睿（1987-），男，甘肅民勤，本科，網(wǎng)絡(luò)工程師，專(zhuān)業(yè)方向：電子科學(xué)與技術(shù)；

花俊杰，男 ，25 ，河南信陽(yáng)，本科，黃淮學(xué)院電子科學(xué)與工程系；

電阻應(yīng)變片范文第2篇

信息閱讀題是一種考察學(xué)生綜合能力的題型，包括捕捉信息、處理信息的能力，綜合應(yīng)用能力、自主學(xué)習(xí)能力、物理思維能力和創(chuàng)新意識(shí).此類(lèi)題目能夠幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從模仿到創(chuàng)造的思維過(guò)程，從無(wú)知到有知，從掌握到應(yīng)用的過(guò)程.

閱讀信息題的材料往往是通過(guò)一些重點(diǎn)、熱點(diǎn)問(wèn)題，以文字、表格、圖像等形式，要求學(xué)生根據(jù)題目的內(nèi)容，解讀其中隱含的信息，并且根據(jù)學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，和通過(guò)文章的信息新學(xué)的知識(shí)，來(lái)解決題中所要求解決的問(wèn)題.

解題方法大致分為以下幾個(gè)步驟：

（1） 獲取信息.信息包含明顯的和隱含的，需要認(rèn)真閱讀，仔細(xì)分析.一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題可以直接從信息中找到答案.

（2） 處理信息.認(rèn)真閱讀題目中提出的問(wèn)題，明確題意需要解決的是什么問(wèn)題，根據(jù)獲取的信息再聯(lián)系已知和未知，用比較、判斷、推理、分析和綜合等方法，挖掘隱含的知識(shí)，呈現(xiàn)知識(shí)原形，在已知和未知間建立起一定的聯(lián)系.

（3） 解答問(wèn)題.通過(guò)整理、分析、提取、加工等手段來(lái)解決問(wèn)題.

例1 力傳感器在電子秤中的應(yīng)用電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器.

常見(jiàn)的一種力傳感器由彈簧鋼和應(yīng)變片組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示.彈簧鋼右端固定，在其上、下表面各貼一個(gè)相同的應(yīng)變片.若在彈簧鋼的自由端施加向下的作用力F，則彈簧鋼發(fā)生彎曲，上應(yīng)變片被拉伸，下應(yīng)變片被壓縮.力越大，彈簧鋼的彎曲程度越大.

應(yīng)變片結(jié)構(gòu)如圖乙所示，其中金屬電阻絲的阻值對(duì)長(zhǎng)度變化很敏感.給上、下金屬電阻絲提供相等且大小不變的電流，上應(yīng)變片兩引線(xiàn)間電壓為U1，下應(yīng)變片兩引線(xiàn)間電壓為U2，傳感器把這兩個(gè)電壓的差值U（U＝U1－U2）輸出，用來(lái)反映力F的大小.

金屬電阻絲的阻值隨溫度會(huì)發(fā)生變化，其變化情況如圖丙所示.為消除氣溫變化對(duì)測(cè)量精度的影響，需分別在上、下應(yīng)變片金屬電阻絲與引線(xiàn)之間串聯(lián)一只合適的電阻，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，串聯(lián)合適的電阻后，測(cè)量結(jié)果不再受溫度影響.

（1） 這種力傳感器是將力的大小轉(zhuǎn)換為（電流/電壓）的裝置.

（2） 外力F增大時(shí)，下列說(shuō)法正確的是.

A． 上、下應(yīng)變片金屬電阻絲電阻都增大

B． 上、下應(yīng)變片金屬電阻絲電阻都減小

C． 上應(yīng)變片金屬電阻絲電阻減小，下應(yīng)變片金屬電阻絲電阻增大

D． 上應(yīng)變片金屬電阻絲電阻增大，下應(yīng)變片金屬電阻絲電阻減小

（3） 傳感器輸出的電壓U隨外力F增大而.

（4） 進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)給上金屬電阻絲串聯(lián)阻值隨溫度升高而的電阻，下金屬電阻絲串聯(lián)阻值隨溫度升高而的電阻.

（5） 如果未進(jìn)行溫度補(bǔ)償，自由端受到相同的力F作用，該傳感器下應(yīng)變片兩端的電壓U2冬天比夏天（大/?。?

答案 （1） 電壓（2） D （3） 增大 （4） 減小 減?。?）小

解析 （1） 傳感器把兩個(gè)電壓的差值輸出，用來(lái)反映力F的大小，所以這種力傳感器是將力的大小轉(zhuǎn)換為電壓的裝置.

（2） 外力F增大時(shí)，上應(yīng)變片被拉伸，金屬電阻絲長(zhǎng)度變大，電阻變大，下應(yīng)變片被壓縮，金屬電阻絲長(zhǎng)度變短，電阻變小.故選D.

（3） 壓力越大電子秤示數(shù)越大，也就是輸出的電壓越大，所以傳感器輸出的電壓U隨外力F增大而增大.

（4） 未進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)，金屬電阻絲的阻值隨溫度的增大而增大，所以串聯(lián)的電阻應(yīng)該是隨著溫度的升高而減小的電阻.

（5） 冬天比夏天電阻增加的小，所以該傳感器下應(yīng)變片兩端的電壓U2冬天比夏天小.

例2 我國(guó)《道路交通安全法》規(guī)定：嚴(yán)禁酒后駕車(chē)！參照《車(chē)輛駕駛?cè)藛T呼氣酒精含量閾值與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（GB19522）》，呼氣中酒精濃度大于等于0.09mg/L就屬于酒后駕駛.由此，茅山中學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)小組的同學(xué)就“呼氣中酒精濃度是否超標(biāo)”展開(kāi)探究活動(dòng)，小組同學(xué)通過(guò)資料查詢(xún)，知道氧化錫具有氣敏特性，當(dāng)周?chē)鷼怏w中酒精濃度增加，其電阻值就降低.他們到電子器材商店購(gòu)得某型號(hào)氧化錫檢測(cè)電阻Rx，其阻值與周?chē)鷼怏w中酒精濃度的關(guān)系圖像如圖所示.同學(xué)們按兩種方法分別展開(kāi)實(shí)驗(yàn)探究，請(qǐng)選擇其中一種方法并完成電路設(shè)計(jì).（兩種方法都做，以第一種為準(zhǔn)）

分析

方法一：

提供了電壓表，很顯然是用電壓表測(cè)量電壓.查圖像可得，當(dāng)酒精濃度等于0.09mg/L時(shí)，氧化錫檢測(cè)電阻Rx的阻值為6Ω.用電壓表測(cè)電壓又有兩種設(shè)計(jì)，一種情況是用電壓表測(cè)Rx的電壓，另一種情況是用電壓表測(cè)R0的電壓，兩種是不是都可行呢？分析如下：

（1） 電壓表測(cè)Rx的電壓，如圖1所示

當(dāng)Rx的電壓為1.5V時(shí)，R的電壓為（6－1.5）＝4.5V，由分壓原理可得Rx/R0＝1.5/4.5＝1/3，求得R0＝3Rx＝18Ω.但是由圖像可以看出，當(dāng)呼氣中酒精濃度很低時(shí)，Rx的值大于20Ω，而R0＝18Ω，此時(shí)Rx的電壓就會(huì)超過(guò)3V，超過(guò)了電壓表的量程.所以這種方法不妥.

（2） 電壓表測(cè)R0的電壓，如圖2所示

當(dāng)R0的電壓為1.5V時(shí)，Rx的電壓為（6－1.5）＝4.5V，由分壓原理可得R0/Rx＝1.5/4.5＝1/3，求得R0＝Rx/3＝2Ω.采用這種接法，當(dāng)呼氣中酒精濃度很低時(shí)，也就是Rx的值大于20Ω，R0的電壓很小，不會(huì)超出電壓表的量程.

方法二：

提供了電流表，就是要測(cè)電流.一種考慮是并聯(lián)電路，另一種考慮是串聯(lián)電路.

（1） 并聯(lián)電路，如圖3和圖4所示

通過(guò)R0的電流始終不變，Rx的變化會(huì)導(dǎo)致Rx所在支路或者干路的電流發(fā)生變化，因此電流表要接在Rx所在的支路或者干路中.而當(dāng)酒精濃度等于0.09mg/L時(shí)，Rx＝6Ω，求得Rx所在支路的電流Ix＝6V/6Ω＝1A，已經(jīng)超出了電流表的量程.干路更是大于

1A，所以此法不對(duì).

電阻應(yīng)變片范文第3篇

關(guān)鍵詞：小井眼；應(yīng)變片；張力

當(dāng)儀器在井內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到不同的力量作用，通過(guò)傳感器把它變換成與此力量成正比的電阻值，然后通過(guò)測(cè)量此電阻的阻值來(lái)測(cè)量?jī)x器受力的大小，繼而為儀器在測(cè)井過(guò)程中的安全運(yùn)行提供參考。

1、張力探頭

在鋼制的彈性體上，成對(duì)的在縱向和橫向上貼有R1，R2，R3，R4共4個(gè)電阻應(yīng)變片，它們組成一個(gè)全橋式測(cè)量電路。如圖1所示，圖中C、D兩點(diǎn)接入直流激勵(lì)電壓Uo，A、B兩點(diǎn)為輸出端，工作時(shí)將輸出電壓信號(hào)USC。這種橋式測(cè)量電路，可以靈敏地測(cè)量極微小的電阻變化。當(dāng)彈性體受物體的作用時(shí)，彈性體便產(chǎn)生彈性形變，粘在其表面的電阻應(yīng)變片隨其同步地變形，因而改變了它們的電阻值。電阻應(yīng)變片的長(zhǎng)度L，截面積S，電阻率P均隨之發(fā)生變化。由于電阻應(yīng)變片組成的橋式電路是平衡的，電阻應(yīng)變片的電阻變化會(huì)引起電橋的不平衡，從而輸出電壓信號(hào)，該信號(hào)與所受的載荷成正比。

2、張力電路

張力傳感器位于SZL-701張力短節(jié)內(nèi)，由SZL-702張力電路短節(jié)向張力傳

感器提供12V恒壓源。張力傳感器利用電橋原理，把貼在應(yīng)變梁上的四個(gè)應(yīng)變片結(jié)成橋路，當(dāng)應(yīng)變梁受力時(shí)，貼在應(yīng)變梁上的應(yīng)變片阻值將發(fā)生變化，電橋失去平衡，從而輸出一個(gè)與載荷力成正比的電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)接入到SZL-702張力電路短節(jié)進(jìn)行放大、濾波處理。當(dāng)載荷力從-ST-+5T變化時(shí)，張力傳感器輸出的電信號(hào)大約從-10mV-+10mV變化，經(jīng)過(guò)放大濾波后大約從-5V-+5V變化，然后經(jīng)過(guò)電源變壓器的中心抽頭和10#纜芯上傳到數(shù)控進(jìn)行采集處理。

3、電路設(shè)計(jì)

SZL-702張力電路短節(jié)不帶保溫瓶，且需要達(dá)到175℃一個(gè)小時(shí)的目標(biāo)，經(jīng)過(guò)細(xì)致篩選后選用了西安秦原公司的QY0628模塊和TL081集成電路。

電源電路選用成熟的LH20-12電源模塊，輸出比較穩(wěn)定且能夠達(dá)到所需的溫度指標(biāo)。

測(cè)量電路做了兩級(jí)放大、兩級(jí)濾波。放大電路是由QY0628和TL081及其的電阻電容組成；QY0628進(jìn)行的約400倍的放大，且倍數(shù)是固定的，后面的TL081主要是調(diào)整整個(gè)電路具體的放大倍數(shù)，且使整個(gè)電路達(dá)到精確的500倍放大；后面用電阻電容搭建了一個(gè)Rc濾波器，把輸出中的交流干擾濾除；最后用了兩個(gè)穩(wěn)壓二極管和一個(gè)電阻的組合來(lái)防止變密度換擋時(shí)的高壓信號(hào)對(duì)電路的沖擊。原理圖如圖2所示：

QY0628模塊內(nèi)部是一個(gè)高性能的差動(dòng)放大器，放大倍數(shù)內(nèi)部固定為約400倍差動(dòng)放大，通過(guò)調(diào)節(jié)跟隨器N4的輸入信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)電路的零點(diǎn)輸出信號(hào)，在電路輸入為零且輸出不為零時(shí)調(diào)節(jié)此調(diào)零信號(hào)，以達(dá)到吊零的目的。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

SZL-702張力電路短節(jié)用來(lái)配合SZL-701張力短節(jié)完成張力測(cè)量，要求的接口形式為SIT-701。

張力電路短節(jié)主要由上下蓋帽、電路鋼筒、電路骨架組成。儀器總長(zhǎng)852mm，有效長(zhǎng)度500mm。

電路骨架組裝分別有29芯插座、骨架組件、29芯插頭等組成，骨架組件上依次固定了變壓器和電路板，張力電源電路板和張力測(cè)量電路板背對(duì)背放置。

電阻應(yīng)變片范文第4篇

1、壓阻式壓力傳感器：電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

2、藍(lán)寶石壓力傳感器：利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性。因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng);另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無(wú)p-n漂移。

3、壓電式壓力傳感器：壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。

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電阻應(yīng)變片范文第5篇

【關(guān)鍵詞】應(yīng)變片;稱(chēng)重傳感器;信號(hào)整理;A/D轉(zhuǎn)換

Abstract：A strain-gauge-based electronic scale experimental system is introduced which is composed of sensor detecting circuit，signal amplifying and conditioning， signal converting and MCU with a LCD displaying modules.The aim of this design is to practice the project-oriented teaching section of strain-gauge sensor.The system is set into several modules with I/Os to enhance the practicing and understanding. The steps and key points to work out a weighting sensor with strain-gauges and load cell are emphasized.

Keywords：Strain Gauge;Weighting Sensor;Signal Conditioning;A/D Converting

為了配合面向電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的《傳感器技術(shù)與測(cè)控》課程關(guān)于應(yīng)變片傳感器的項(xiàng)目式教學(xué)，設(shè)計(jì)了這個(gè)利用基于應(yīng)變計(jì)的稱(chēng)重傳感器構(gòu)成的數(shù)字顯示電子秤原型系統(tǒng)。

系統(tǒng)按照傳感與檢測(cè)系統(tǒng)的劃分方法，分為傳感器、傳感信號(hào)調(diào)理、信號(hào)采集、信號(hào)數(shù)據(jù)處理及顯示幾個(gè)部分，幫助學(xué)生加深對(duì)傳感器和處理系統(tǒng)的領(lǐng)會(huì)和理解。

電路由傳感器檢測(cè)電路、檢測(cè)信號(hào)放大電路、檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和顯示電路組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

其中，①電阻應(yīng)變式傳感器由4只構(gòu)成電橋電路的應(yīng)變計(jì)組成的構(gòu)成稱(chēng)重傳感器，完成將壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào);②差動(dòng)放大電路由較為成熟的由運(yùn)算放大器構(gòu)成的測(cè)量放大器（也稱(chēng)為儀表放大器）實(shí)現(xiàn);③A/D轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)單地由一個(gè)8位并行A/D轉(zhuǎn)換芯片來(lái)完成，便于調(diào)試和掌握該芯片的應(yīng)用;④單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制;⑤鍵盤(pán)由4x4矩陣鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)，利于學(xué)習(xí)者掌握鍵盤(pán)掃描的原理和實(shí)現(xiàn);⑥LCD顯示由LCD12864模塊實(shí)現(xiàn)。

1.稱(chēng)重傳感器的制作

稱(chēng)重傳感器的核心元件是電阻應(yīng)變式傳感器，它是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，可用下式表示：

（1）

式中：―金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω?cm2/m），S―導(dǎo)體的截面積（cm2），L―導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m）。

為了檢測(cè)應(yīng)變引起的電阻的變化，并將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化以利于信號(hào)采集，應(yīng)變計(jì)通常構(gòu)成如圖2所示的電橋結(jié)構(gòu)，并按照行業(yè)常規(guī)進(jìn)行分顏色引線(xiàn)。

圖2 電阻式應(yīng)變傳感器構(gòu)成電橋電路

對(duì)于圖3中的電子秤結(jié)構(gòu)示意圖，需要通過(guò)其核心的彈性懸臂結(jié)合應(yīng)變計(jì)電路完成受力-即重量-的測(cè)量。這里，應(yīng)變計(jì)的裝貼是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

圖3 電子秤結(jié)構(gòu)示意圖

稱(chēng)重傳感器的制作包括一下幾個(gè)環(huán)節(jié)：1）設(shè)計(jì)和制作彈性懸臂。為了加強(qiáng)固定承重塊和增加其的應(yīng)變性，懸臂被設(shè)計(jì)成中間帶孔洞的啞鈴形，如圖3中所示。2）選擇電阻應(yīng)變片。對(duì)應(yīng)變片的電阻值和精度進(jìn)行測(cè)量選擇，并選用合適尺寸的應(yīng)變片。這里選用的是阻值為350Ω的BF350型應(yīng)變片。3）處理懸臂試件表面。去除油污銹跡等，并進(jìn)行45°交叉紋打磨，并清潔。4）定位應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。應(yīng)變片粘貼的位置及方向均對(duì)應(yīng)變測(cè)量有非常大的影響，必須準(zhǔn)確地粘貼在試件的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)上，并保證方向與應(yīng)變方向一致。5）粘貼應(yīng)變片。分清應(yīng)變片的正反，上膠粘貼，注意如圖4所示的定位對(duì)準(zhǔn)。粘貼時(shí)用手進(jìn)行滾壓趕出氣泡并檢查是否貼合飽滿(mǎn)。貼好后檢查是否有短路、斷路等現(xiàn)象。6）連接引線(xiàn)。應(yīng)變片引線(xiàn)較細(xì)，必要時(shí)可配接接線(xiàn)柱。引線(xiàn)焊接時(shí)要快捷，免傷及應(yīng)變片。注意檢查引線(xiàn)是否與懸臂試件絕緣，且無(wú)斷路。導(dǎo)線(xiàn)的最終引出用不同的顏色來(lái)表示，如圖2和圖5所示。7）進(jìn)行保護(hù)和防潮處理。用硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)試件表面進(jìn)行貼敷，面積可適當(dāng)擴(kuò)大，覆蓋應(yīng)變片及其引線(xiàn)。

圖4 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的定位及應(yīng)變片的粘貼

圖5 懸臂應(yīng)變片粘貼及引線(xiàn)顏色示意圖

2.信號(hào)檢測(cè)與調(diào)理

從電橋電路可以看出，稱(chēng)重傳感器輸出的是兩路浮地的電壓信號(hào)，適合使用運(yùn)算放大器進(jìn)行放大和調(diào)理。這里選用的是LM741構(gòu)成的測(cè)量放大器電路。LM741電壓適應(yīng)范圍較寬，可在±5～±18V范圍內(nèi)選用，且具有很高的輸入共模、差模電壓。內(nèi)含頻率補(bǔ)償和過(guò)載、短路保護(hù)電路，可通過(guò)外接電位器進(jìn)行調(diào)零。這樣電路具有交、直流共模抑制大失真小等優(yōu)點(diǎn)，且便于信號(hào)的調(diào)零、平衡等處理和調(diào)整。測(cè)量放大器電路如圖6所示。

圖6 測(cè)量放大器電路圖

3.信號(hào)轉(zhuǎn)換

檢測(cè)信號(hào)經(jīng)放大調(diào)理后，由A/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送至由STC89S52構(gòu)成的計(jì)算處理部件進(jìn)行采集、處理和顯示。為了便于在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行調(diào)試和講解，選用了較為簡(jiǎn)捷的并行輸出A/D變換器ADC0804來(lái)完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換。ADC0804是一個(gè)8位、單通道、低價(jià)A/D轉(zhuǎn)換器，主要特點(diǎn)是：模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間大約100us、方便的TTL或CMOS標(biāo)準(zhǔn)接口、可滿(mǎn)足差分電壓輸入、具有參考電壓輸入端、內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器、單電源工作時(shí)（0V_5V）輸入信號(hào)電壓范圍是0V_5V、不需要調(diào)零等。

利用ADC0804和單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路如圖7所示。

圖7 ADC0804和單片機(jī)連接的電路圖

使用過(guò)程中可以通過(guò)調(diào)節(jié)Vref/2所連接的電位器來(lái)調(diào)節(jié)稱(chēng)重傳感器以及放大整理電路的零點(diǎn)。由于電子秤的信號(hào)變化是單向的，因此應(yīng)將未承重時(shí)放大與整理電路的輸出調(diào)到-2.5V，ADC0804的Vref/2設(shè)為0V，稱(chēng)重時(shí)輸出電壓上升，A/D轉(zhuǎn)換可以獲得28=256的動(dòng)態(tài)范圍。

4.計(jì)算處理及顯示

計(jì)算處理的部件由單片機(jī)STC89S52來(lái)實(shí)現(xiàn)，承擔(dān)著采集A/D變換輸出數(shù)據(jù)、掃描鍵盤(pán)輸入、輸出顯示數(shù)據(jù)、完成設(shè)定單價(jià)及計(jì)算金額等電子秤功能。另外，在系統(tǒng)硬件標(biāo)定的基礎(chǔ)上，也可通過(guò)這一部分來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的非線(xiàn)性擬合、誤差補(bǔ)償以及清零等功能。

電路設(shè)計(jì)上，單片機(jī)與周?chē)考倪B接及端口分配情況如圖8所示。

圖8 單片機(jī)布局和端口使用示意圖

其中，鍵盤(pán)采用了定制的4x4矩陣薄膜鍵盤(pán)模塊，采用了CM12864-12液晶模塊，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的接口。

5.軟件

系統(tǒng)軟件使用Keil μVision V4編寫(xiě)和調(diào)試。軟件流程圖如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)軟件流程圖

系統(tǒng)軟件狀態(tài)分為常規(guī)顯示、稱(chēng)重顯示、設(shè)定單價(jià)、標(biāo)校幾個(gè)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)事件的處理進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

6.結(jié)語(yǔ)

上述數(shù)字顯示電子秤系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成了基本的稱(chēng)重和顯示功能。在實(shí)際的應(yīng)用中，還需要考慮幾個(gè)工程和工藝的問(wèn)題。

6.1 溫度對(duì)應(yīng)變測(cè)量的影響

不論是試件還是應(yīng)變片傳感器，在溫度發(fā)生變化的時(shí)候，會(huì)發(fā)生線(xiàn)膨脹，都會(huì)產(chǎn)生性能的變化。要實(shí)現(xiàn)高精度稱(chēng)重測(cè)量，必須對(duì)其溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袘?yīng)變片自補(bǔ)償?shù)姆椒?，就是選用特定的敏感柵材料，使其電阻溫度系數(shù)、靈敏系數(shù)以及線(xiàn)膨脹系數(shù)在溫度變化時(shí)，能夠使電阻的變化率為0，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｔ诜侨蹨y(cè)量電橋的情況下，也可以采用線(xiàn)路補(bǔ)償法。

6.2 引線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)電阻補(bǔ)償

非全橋檢測(cè)電路的情況下，如果稱(chēng)重傳感器導(dǎo)線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，則需要對(duì)長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)電阻引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，通常用三線(xiàn)制或四線(xiàn)制的連接方法來(lái)完成。

6.3 測(cè)量誤差的校正和補(bǔ)償

應(yīng)變片構(gòu)成稱(chēng)重傳感器，從原理、材料、制作工藝和溫度影響的情況下，會(huì)存在一定的非線(xiàn)性特性，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差，對(duì)這個(gè)誤差的校正和補(bǔ)償是高精度稱(chēng)重系統(tǒng)必不可少的內(nèi)容。一種方法是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)稱(chēng)，再利用系統(tǒng)的可編程部分進(jìn)行擬合校正和補(bǔ)償。

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