应变式称重传感器设计
理工大学现代科技学院《传感器原理与应用》课程设计
设计名称应变式称重传感器设计
专业班级测控11-2
学号2011101471
姓名玉堃
同组人王鑫王海平设计日期2015年1月
理工大学现代科技学院
课程设计任务书
注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大图纸不必装订）
2.可根据实际容需要续表，但应保持原格式不变。
应变式称重传感器设计
摘要
粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小，从而为获得唯一需要的输出作了充分的准备。设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序（如果可能）来确定称重传感器所需要的尺寸，或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。通过某些假设得出的这些计算公式，另外还有电阻应变计的特性、应力形式、材料特征以及机械加工的偏差都会导致计算结果的一定误差。在批量制造称重传感器前，应制造几个样机进行组装、测试和标定。
在某些工业中，如航天工业也许只需要一次性的称重传感器，为决定其非线性、重复性和滞后等误差，在使用前对其进行标定是十分重要的。当计算机被应用于数据处理时，非线性、零点漂移及灵敏度变化，是很容易修正的。如果称重传感器在使用时要经历强烈的温度变化和外部附加载荷的影响，我们应进行试验并测量出这些影响量所造成的误差。如果某部分结构（如接头、销子、压杆）用来测量或是被用作称重传感器时，标定和测试就尤为重要了。
称重传感器设计包括许多方面，这里对其制造生产不予讨论，例如，需要对电阻应变计安装技术知识的全面了解，一些电阻应变计制造商提供技术资料的同时，还应提供电阻应变计安装的分类等。
关键词：传感器，电阻应变式，称重
目录
第一章方案设计 (3)
第二章传感器设计 (3)
2.1传感器的选择 (3)
2.1.1电阻应变式传感器 (4)
2.2 设计分析 (4)
2.2.1应变片的测量电路 (4)
2.2.2前级放大器部分 (6)
2.2.3 A/D转换模块 (7)
2.2.4控制模块 (8)
2.2.5显示模块 (8)
2.2.6键盘输入 (8)
2.2.7 电源模块 (9)
2.2.8 本部分总结 (9)
2.3电路原理图 (10)
2.3.1弹性元件的选择 (10)
2.3.2 信号转换放大部分 (11)
2.3.3 A/D转换部分（ICL7315） (12)
2.3.4 单片机控制部分 (13)
第三章软件设计 (13)
3.1主程序流程图 (14)
第四章课设小结 (15)
参考文献 (16)
第一章方案设计
首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。
我们的设计原则是：采用模块化的设计方法，各模块、部分也尽量应用集成芯片，这样及保证了精度有可使设计简单化。
按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D 转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。
图1—1电子秤模块设计图
第二章传感器设计
2.1传感器的选择
传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器
中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。
目前对于压力测量的传感器件大致有：压电传感器、电容传感器、电阻应变片传感器等。
2.1.1电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。
应变片式传感器有如下特点：
（1）应用和测量围广，应变片可制成各种机械量传感器。
（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。
（3）结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。
（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。
通过对传感器分析，最终选择电阻应变片式传感器。
2.2 设计分析
2.2.1应变片的测量电路
电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R后，由于应变量及相应电阻变化一
般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片
的△R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。
)(4
34211R R R R R R E +-+=))((43214231R R R R R R R R E ++-?下图为一直流供电的平衡电阻电桥，in E 接直流电源E ：
图2—1全桥电路
称重传感器就是应用了应变片及其全桥测量电路。
图2—2 数字电子称原理框图
当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。
当忽略电源的阻时，由分压原理有：
AD AB BD o u u u u -==
=
（2.1） 当满足条件R1R3=R2R4时，即
3421R R R R =[]
[][])()()()()()(22R R R R R R R R E R R R R uo ?-+?+?-+?+?--?+=E R R ??= （2.2） o u =0，即电桥平衡。式（2.3）称平衡条件。
应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。
若差动工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R ，R4=R+△R,按式（2.1），则电桥输出为
E k ε= （2.3）
题目要求称重围0～1Kg,满量程量误差不大于±0.05Kg ，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重0.5Kg 。我们选择的是电阻应变片压力传感器，量程为1Kg ，精度为0.1% ，满足本系统的精度要求。
2.2.2前级放大器部分
采用专用仪表放大器AD620。
此芯片部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。
AD620,接口如下图所示：
图2—3 AD620仪表放大结构图
电路的工作原理：A1，A2工作在负反馈状态，其反相输入端的电压与同相输入端的电压相等。即RG两端的电压分别为VIN+,VIN-。因此
Ig=Vin+-Vin-/RG
（2.4）
设电阻R1=R2=R，则A1，A2两输出端的电压差为
U12= Ig（R1+R2+Rg）
=(Vin+-Vin-)(1+2R/Rg)
（2.5）
比较两式可得：
VO=-U12=-(Vin+-Vin-)(1+2R/Rg)
（2.6）
则放大器的增益Av为
Av=Uo/(Vin+-Vin-)
=-(1+2R/Rg)
（2.7）
仅需调整一个电阻Rg就可以方便的调整放大器的增益，由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。
在接口图中，通过改变可变电阻R3的阻值，来改变放大器的增益，放大器的计算公式如下：
G=49.4KΩ/R3+1
（2.8）
AD620具有体积小，功耗低，精度高，噪声低，和输入偏置电流偏低的特
点。其最大输入偏置电流为20nA，这一参数反应了他的高输入阻抗。AD620
在外接电阻R0时，可实现1到1000的任意增益，工作电源围为+-2.3到+-18V，
最大电源电流为1.3mA，最大输入失调电压为125uV，频带宽度为120Khz（在
G=120）
2.2.3 A/D转换模块
双积分型A/D转换器：
双积分型ADC是间接型A/D转换器，其基本原理是首先对未知的输入电压
进行固定时间的积分，然后转向对标准电压进行反向积分至积分输出电压为零
（返回起始值），则标准电压的时间正比于输入电压。输入电压越大，反向积分
时间越长。用高频率时钟脉冲来测量标准积分时间，即可得到输入电压对应的数
字代码。
双积分型A/D转换器转换精度高（如：ICL7135），具有精确的差分输入。
其输出阻抗高，可自动调零，具有超量程信号，全部输出与TTL电平兼容。
双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号
积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力特强，对高于工频干扰（例如噪声
电压）也具有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影
响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采
用双积分型A/D转化器可大大降低对滤波电路的要求。
作为电子秤精度上14位的A/D足以满足要求。另外双积分型A/D转化器具有：抗干扰能力强和精确差分输入，低廉的价格等优势。
综合分析其优点和缺点，我们最终选择了精度为10Kg/+-20000=+-0.5g的ICL7135。
2.2.4控制模块
AT89C51单片机特点能与MCS-51 兼容，有4K字节可编程闪烁存储器，寿命能够达到1000写/擦循环，数据可以保留时间长达10年，全静态工作：0Hz-24MHz，三级程序存储器锁定，128×8位部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片振荡器和时钟电路。所以选用AT89C51单片机。
2.2.5显示模块
显示部分主要可以分为：LED数码管显示和LCD液晶显示。
LCD具有低功耗，可视面大，画面友好及抗干扰能力强等功能，其显示技术已经得到广泛的应用。下面具体介绍LCD显示。
由于本次设计的显示模块需要显示多位数字，如果采用数码管显示的话将会占用多个单片机I/O口,使得电路变得更为复杂。所以选用1602LCD。
2.2.6键盘输入
键盘输入是人机交互界面中重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。操作者通过键盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。因此键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。键盘是由若干个按键开关组成，键的多少根据单片机应用系统的用途而定。键盘由许多键组成，每一个键相当于一个机械开关触点，当键按下时，触点闭合，当键松开时，触点断开。单片机接收到按键的触点信号后作相应的功能处理。相对于单片机系统来说键盘接口信号是输入信号。
矩阵式键盘设计矩阵式键盘又叫行列式键盘。用I/O 口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。例如，用2×2 的行列结构可构成4 个键的键盘，4×4 行列结构可构成16 个键的键盘。图2—3为4×4 矩阵键盘，采用矩阵键盘。
图2—4 4×4 矩阵键盘
2.2.7 电源模块
系统需要多种电源，单片机需要±5V,A/D转换需要±5V，+1V，传感器需要+10V以上的线性电压。
此次设计的稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图
图2—5 电源模块的主要组成部分
电源模块我们采用：采用7805,7905，7812和7912组成稳压电路
7805，7905固定式三端稳压器可输出±5V,固定式三端可调稳压器7812和7812组装电路可对称输出±12v。
此设计方案由：由三端可调式稳压器和三端固定式稳压器共同组成, 电路可直接得到+5v和±12的输出电压。
2.2.8 本部分总结
根据以上设计方案，硬件部分采用51系列单片机AT89C51为控制核心部件，实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分不仅包括以单片机AT89C51为核心的最小系统部分，而且还包括数据采集、人机接口界面、系统电源部分。
数据采集部分由压力传感器、信号放大处理和A/D转换部分组成。在具体选择传感器时，考虑到在称量物品时必要的精度、准确性要求。需要共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口简单的专用仪表放大器AD620。选择具有很强抗干扰能力A/D转换器ICL7135，精度高，输入阻抗高，人机交互部分的键盘在系统中，在这次设计中我们采用了4×4键盘控制。显示用的LCD我们根据要求选用了字符点阵式液晶显示器LCD1602。
2.3
人机交换
界面
图2—6硬件结构框图
2.3.1弹性元件的选择
电阻应变式称重测力传感器按照弹性元件的受力状态可分为拉压式柱式、
筒式和环式、弯曲式梁式和剪切式三类。为了改善悬臂梁特性，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,孔承受弯曲变形。将应变片粘贴在孔的壁,应变片处于相反的应力区,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。
图2—7双孔梁结构图
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,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,所以选用的称重传感器部采用双孔梁作为弹性元件。
2.3.2 信号转换放大部分
AD620是一种低耗高精度仪表放大器
图2—8信号滤波放大电路
上图中电容C5、C6用来滤除采样信号中的高频噪声，选用0.1uF的普通独石电容。电容C7、C8用来消除采样信号中的低频噪声电阻，选22uF的普通独石电容。电阻R3、R4选用较小的阻值，采样信号电压值只有毫伏级。
微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从AD620的第6脚输出。通过改变R15的阻值可使V0与RET之间的压差变化，从而实现调零、去皮的功能。
2.3.3 A/D转换部分（ICL7315）
ICL7315是一种双积分式4位半单片A/D转换器，其工作原理是将输入电压转换成时间（脉冲宽度信号）或频率（俯冲频率），再通过定时器（计数器）获得数字信号。其部结构分为模拟部分和数字部分。
参数电源电压
Vcc Vin 时钟频率基准电容
Cr
校零电容
Caz
参数值+-5V +-2V 40KHZ–
1MHZ
1uF 1uF
表2—1 ICL7135的电参数
图2—9 信号数模转换电路图
1、时钟频率Fck的选择
Fck=N*Ff/K
式中，Ff为干扰信号的频率，最大的干扰信号一般为供电电源的干扰，其频率为50Hz。对于ICL7135，取N=10000，并取K=1，则Fck=500KHz.
2、积分电阻Rint
Rint=Vxm/2uA
式中，Vxm为满量程电压，取2V，则Rint=100K。
3、积分电容Cint
Cint>=N*20Ua/Fck·Vm
对于ICL7135，N=10000，取Vm=4V,Fck=500KHz,所以Cint=0.1Uf
2.3.4 单片机控制部分
图2—10 AT89C51 最小系统电路图
第三章软件设计
电子称软件设计均采用模块化设计，整个程序包括主程序、定时中断程序、INTO中断程序按键程序、数据处理子程序(双字节乘法、二一十进制转换程序及逆转换程序)、LCD十六位液晶静态显示子程序等模块。所有程序均采用C汇编语言编写。电子计价秤的软件设计思路说明如下：主程序的作用为程序初始化，
计算单价木单重(单价和单重分别在定时中断程序和INT0外部中断程序中获得)，并时时显示十进制的单重，单价，总价。设定T0为计数工作方式，T1为
定时工作方式。其中R0为标志位寄存器当为OOH时为正常显示方式。当为01H 时为累计显示方式，在T1定时中断程序中。一秒钟采样物料重量(已转成脉冲频率)，并赋值重量计算RAM区和显示RAM区。在INTO外部中断程序中，采样单价并赋值单价计算。
3.1主程序流程图
图3—1 主程序流程图
图3—2 ICL7135中断程序流程图
第四章课设小结
本次电子秤的设计
1.使我们初步理解了分析问题的方法，步骤。采用面向对象的思想，分层次、分模块构建设计的总体框架
称重传感器设计word版
称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。称重传感器采用金属电阻应变计组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理，即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的(应变，就是尺寸的变化)。 称重传感器的构造原理金属电阻具有阻碍电流流动的性质，即具有电阻(Ω)，其阻值依金属的种类而异。同一种金属丝，一般来讲，越是细长，其电阻值就越大。当金属电阻丝受外力作用而伸缩时，其电阻值就会在某一范围内增减。因此，将金属丝(或膜)紧贴在被测物体上，而且这种丝或膜又很细或很薄，粘贴又十分完善，那么，当被测物体受外力而伸缩时，金属电阻丝(膜)也会按比例伸缩，其阻值也会相应变化。称重传感器就是将金属电阻应变计粘贴在金属称重梁上进行测量重量信号的。 称重传感器的外形构造与测重形式,变频传感器的外形构造随被测对象的不同，其外形构造也会不同。A．比较常见的称重传感器的外形构造：柱式；S 型；轮辐式；环式；碟式；箱形等。 B．测重形式：正应力测量(柱型、单点式等)，剪应力测量(双剪切梁式、部分S 型、轮辐式等)又可分为压式(柱式、碟式等)、拉式(部分S 型传感器、环式传感器)、拉压两用(部分柱式、轮辐式、S 型等) C．弹性元件内部应变梁的结构形式：平行梁、剪切梁等 D．不同结构形式的传感器的应用对象：柱式——大吨位汽车衡、轮道衡、料斗秤、料罐秤，试验机，力值监控与测量等；S 型——用于料斗秤、料罐秤、包装机，材料试验机等；双剪切梁式——汽车衡、轨道衡等；单点式——天平、计价秤、计数秤、平台秤，工业现场重量控制及测量； 称重传感器的电路组成.称重传感器进行测量时，我们需要知道的是应变计受到载荷时的电阻变化。通常采用应变计组成桥式电路(惠斯登电桥)，将应变计引起的电阻变化转换成电压变化来进行测量的。 变频传感器的输出灵敏度的表示方法,传感器响应(输出)的变化对相应的激励(施加的载荷)变化的比。传感器的输出灵敏度采用额定载荷状态电桥的输出电压与输入激励电压之比值(mV/V)来表示。通常称传感器的输出灵敏度。 为什么传感器内部要加补偿电路？称重传感器在制造过程中，为了改善它的性能，特别是改善温度特性，一般要在应变计电路中附加对零点和灵敏度的温度补偿。即除了应变计外，其中还增加了各种补偿电阻。零点补偿的目的是尽量减小电桥零点随温度的变化，因此，除变频传感器本身的温度自补偿外，又加入了电阻温度系数和电桥中应变计的温度系数不同的电阻元件(如铜电阻或镍电阻等)，以加强补偿作用。灵敏度补偿的目的是减小输出电压随温度的变化，即补偿弹性体的弹性系数和应变计的灵敏度系数随温度的变化。因此，对电桥中串接了两个与电桥温度补偿作用相同的电阻。同时电路中的其它电阻用于将电桥的初始平衡，额定输出和输入电阻等参数调整到规定的数值。 此篇文章的形成是基于对称重传感器设计者能有所帮助。它深入分析推导出一些公式，这些公式能够计算出位于称重传感器上的某些尺寸大小，并提供所需要的输出。此篇文章还介绍了各种误差来源及设计建议。 粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小，从而为获得唯一需要的输出作了充分的准备。设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序（如果可能）来确定称重传感器所需要的尺寸，或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。应力公式选自一部非常好的书——应力与应变公式（见参考文献[1]）。除了公式汇编，本文还讨论了误差的可能来源及设计建议，有关误差来源的信息主要是基于作者的经验。文中所描述的相关称重传感器没有作专利调查，在考虑把所讨论的设计用于产品的生产或推向市场前，有必要作一下调查。
电阻应变式称重传感器的故障检测方法
电阻应变式称重传感器的故障检测方法 2016-04-22 08:32:50 来源:eefocus 关键字：电阻应变式称重传感器故障检测 电阻应变式称重传感器是一种常用的测量仪器，可以将测量的力信号转换为电信号输出，是称重检测系统中的核心元件。电阻应变式称重传感器在使用过程中会出现一定的故障，我们对于电阻应变式称重传感器的故障检测方法是必须要掌握的，下面小编就来介绍一下具体的方法吧。 电阻应变式称重传感器故障往往会因为一些人为或自然因素损坏，比如传感器过载，冲击，或不小心跌落，大力拽传感器导线，雷击或大电流通过传感器，化学腐蚀，潮气浸蚀或高粉尘环境以及传感器内部的元器件的老化等。直接导致的后果可能是称重系统漂移，显示不稳定或不显示数据等现象。 首先，在从称重系统中拆除称重传感器前应该仔细慎重地判别系统的结构和传感器是否存在下列问题： 1)检查是否是系统传力故障，可能由于灰尘，机械部位未对准，元件传力延缓等原因，而非传感器故障; 2)检查系统在传力部位是否有损伤，锈蚀或者明显的磨损;冬季应注意传感器传力部位 是否有结冰现象，影响系统的传力和复位; 3)检查系统的限位装置是否工作，其间隙是否符合要求; 4)检查传感器电缆线与接线盒和显示仪表连接是否正确，有无断线或连接导线接触不良的情形;重点检查总线九芯插头及接线盒内的接线可靠性; 5)检查接线盒和仪表是否有故障，尤其是接线盒中电位器和接线端子的情况; 6)检查传感器是否锈蚀、受潮(特别是贴片孔区域);传感器电缆线的完整性;传感器电缆 线入口处的环境等。 建议用户配备下述的仪表设备作为检测传感器的必要的装置： A)高性能经校准的数字万用表(四位半以上)，检查准确度能达到±0.1Ω和±0.01mv,检查 传感器的零点输出和桥路完整性; B)兆欧表(绝缘表)，测试传感器的绝缘阻抗。推荐量程范围50VDC下测试5000MΩ。
电阻应变式称重传感器原理
电阻应变式称重传感器原理 电阻应变式称重传感器原理 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。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。 一、电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S（Ω）（2—1） 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。 对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2） 用式（2--1）去除式（2--2）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S （2—3） 另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （2—4） 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （2—5） 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L = K *ΔL/L （2--6） 其中 K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L）（２--７） 式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。 需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在 1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。 在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便
课程设计-电阻应变式称重传感器设计
电阻应变式称重传感器设计 摘要：在分析重力传感器信号特性的基础上，模块化地设计了称重传感器信号的调理电路并对其进行了仿真实验。结果表明：电路能实时、准确地处理信号，且工作稳定，可靠，重复性好，抗干扰能力强，可实现精密测量的目的。 关键词：称重；Lab view；电阻应变式传感器；放大电路。 一、引言 随着现代数据采集系统的不断发展，对高精度信号调理技术的要求也越来越高。由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题， 因此它的信号通常不能被控制元件直接接收，这样一来，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且其电路设计的优化程度直接关系 到数据采集系统的精度和稳定性。 在称重传感器信号检测中，检测精度受到诸多因素的影响，其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素之一。电桥输出与激励电压成正比，因此，激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。并且现场工作环境恶劣，可能存在粉尘、振动、噪声以及电磁干扰等，称重传感器输出的几百微伏至几十毫伏信号极易受到干扰。所以研究抗干扰能力强、实时性好的信号变送和传输技术对保证检测精度具有重要意义。 二工作原理 1、原理框图
2、称重传感器（MS-1） MS—1型钢制“S”称重传感器，承受拉、压外力均可，输出对称性好，结构紧凑、安装方便、规格齐全。可用于制造机电结合称、吊钩秤、料斗秤及各种专用称、工艺称等。 外形尺寸
量程：50kg； 尺寸：A=51mm；B=13mm；C=64mm；螺纹（公制mm）：M8×1.25； 技术指标： 标定数据：
转换系数K: 应变片测量电路： 上图为直流供电的测量电桥原理图，其中第一臂为电阻应变片，由应变片引起的电阻变化为△R1，当R1=R2、R3=R4时，电桥的电压灵敏度S U为最大，此时有：U0=(1) S U=U0/(2) U0=(3) 采用差动电桥可以消除非线性误差。因此本设计电阻应变式称重传感器选用直流供电应变全桥，该电桥的电压灵敏度比单一工作应变片的电压灵敏度提高了4倍，且具有温度补偿作用。 3、放大电路 R1=10K；R2=2.4K; R3=238K; R4=2.4K; R5=100K 放大倍数K=(R3/R2)×(R5/R4)≈4100;
应变式称重传感器)
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目称重传感器 1
目录 摘要 (1) 设计任务书................................ (1) 第一章德普施应变传感器 (2) 1.1工作原理 (2) 1.2 电阻应变片 (2) 第二章测量电路 (2) 2.1测量电桥 (2) 2.2运算放大器LF356 (3) 2.3 放大电路 (3) 2.3.1 一级放大电路 (4) 2.3.2 调零电路 (5) 2.3.3 可调二级放大电路 (5) 第三章误差分析 (6) 第四章个人小结 (6) 参考文献 (6)
摘要 传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科，是现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大的促进了现代传感器的发展。同时我们也看到，传感器在日常生活中的应用越来越广泛，可以说它已成为测试测量不可或缺的环节。因此学习、研究并在实践中不断应用传感器技术具有重大意义。 鉴于此，本次课程设计力图通过对常用传感器的设计运用使我们加深对传感器的认识和理解并逐步将课本上学习到的理论知识转换为实际生产力，以培养我们学以致用的求学质量。 称重传感器是用来将重量信号或压力信号转化为电信号的装置，称重传感器采用金属电阻应变计组成测量桥路，利用金属电阻丝在拉力作用下伸长变细，电阻增加的原理，既金属电阻随所受应变变化而变化的效应而制成的。本次课程设计中的传感器共由以下几部分组 成：应变梁、全桥电路、差动放大电路、调零电路和最后的放大标定电路。 关键词：电阻、放大器、应变片、应变式传感器。 1
基于电阻应变片的称重传感器设计 本科学位论文
毕业设计说明书基于电阻应变片的称重传感器设计 班 姓 学 专 指导教师： 2014年 6 月
基于电阻应变片的称重传感器设计 摘要 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本文设计了一个电阻应变式的称重传感器。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。本设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 关键词：称重传感器，弹性体，电阻应变片
Based on the design of resistance strain gauge load cell Abstract With the progress of technology, electronic weighing apparatus made by the weighing sensor is widely used in all walks of life, to realize the rapid and accurate for material weighing, especially with the emergence of microprocessor, the constant improvement of the industrial production process automation, weighing sensor has become a necessary device in the process control. At present, apply to almost all weighing weighing sensors. In this paper, the design of a resistance strain type weighing sensor. Resistance strain type weighing sensor is based on the principle that elastomer (elastic element, sensitive beam) elastic deformation under the action of external force, the resistance strain gauge on the surface of the paste in his (cell) also along with the deformation and deformation resistance strain gauge, its value will change (increase/decrease), and then through the corresponding measurement circuit convert the resistance to electrical signals (voltage or current), so as to complete the process of external force transform into electrical signals. The design of the weighing sensor is the change of resistance strain gauge is used to determine the small strain of elastic element, so as to use force, stress and strain the relationship between the area to determine the size of the force, then the force of the mass of the body. The change of the resistance strain gauge can be obtained through the subsequent processing circuit. Keywords: Weighing sensors, elastomer, resistance strain gauge
称重传感器的原理(一)
称重传感器的原理（一） 电阻应变式称重传感器[3]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，使粘贴在它表面的电阻应变片（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。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。 电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R=ρL/S（Ω）（2—1） 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2（2—2） 用式（2--1）去除式（2--2）得到 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S（2—3） 另外，我们知道导线的横截面积S=πr2，则Δs=2πr*Δr，所以 ΔS/S=2Δr/r（2—4） 从材料力学我们知道 Δr/r=-μΔL/L（2—5） 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L
称重设计
应变式称重传感器的设计与计算 [美国]理查德·富兰克林 此篇文章的形成是基于对称重传感器设计者能有所帮助。它深入分析推导出一些公式，这些公式能够计算出位于称重传感器上的某些尺寸大小，并提供所需要的输出。此篇文章还介绍了各种误差来源及设计建议。 粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小，从而为获得唯一需要的输出作了充分的准备。设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序（如果可能）来确定称重传感器所需要的尺寸，或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。应力公式选自一部非常好的书——应力与应变公式（见参考文献[1]）。除了公式汇编，本文还讨论了误差的可能来源及设计建议，有关误差来源的信息主要是基于作者的经验。文中所描述的相关称重传感器没有作专利调查，在考虑把所讨论的设计用于产品的生产或推向市场前，有必要作一下调查。 通过某些假设得出的这些计算公式，另外还有电阻应变计的特性、应力形式、材料特征以及机械加工的偏差都会导致计算结果的一定误差。在批量制造称重传感器前，应制造几个样机进行组装、测试和标定。 在某些工业中，如航天工业也许只需要一次性的称重传感器，为决定其非线性、重复性和滞后等误差，在使用前对其进行标定是十分重要的。当计算机被应用于数据处理时，非线性、零点漂移及灵敏度变化，是很容易修正的。如果称重传感器在使用时要经历强烈的温度变化和外部附加载荷的影响，我们应进行试验并测量出这些影响量所造成的误差。如果某部分结构（如接头、销子、压杆）用来测量或是被用作称重传感器时，标定和测试就尤为重要了。 称重传感器设计包括许多方面，这里对其制造生产不予讨论，例如，需要对电阻应变计安装技术知识的全面了解，一些电阻应变计制造商提供技术资料的同时，还应提供电阻应变计安装的分类等。 有关称重传感器设计的附加内容见参考文献[2]（a）和[2]（b）。这份小册子及计算机程序比较完整，可以从制造商那里获得。 在过去十年中，计算机技术的发展改变了称重传感器的设计、制造与记录方式，例如在电阻应变计被安装后，所有的称重传感器都有一个原始的不平衡（当没有载荷作用时，也有输出信号存在）。通常零点调整电阻被应用于商业称重传感器，以便消除这种不平衡。运用计算机程序，零点不平衡
应变式称重传感器设计
太原理工大学现代科技学院《传感器原理与应用》课程设计 设计名称应变式称重传感器设计 专业班级测控11-2 学号 71 姓名李玉堃 同组人王鑫王海平
设计日期 2015年1月 太原理工大学现代科技学院
注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订） 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。
应变式称重传感器设计 摘要 粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小，从而为获得唯一需要的输出作了充分的准备。设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序（如果可能）来确定称重传感器所需要的尺寸，或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。通过某些假设得出的这些计算公式，另外还有电阻应变计的特性、应力形式、材料特征以及机械加工的偏差都会导致计算结果的一定误差。在批量制造称重传感器前，应制造几个样机进行组装、测试和标定。 在某些工业中，如航天工业也许只需要一次性的称重传感器，为决定其非线性、重复性和滞后等误差，在使用前对其进行标定是十分重要的。当计算机被应用于数据处理时，非线性、零点漂移及灵敏度变化，是很容易修正的。如果称重传感器在使用时要经历强烈的温度变化和外部附加载荷的影响，我们应进行试验并测量出这些影响量所造成的误差。如果某部分结构（如接头、销子、压杆）用来测量或是被用作称重传感器时，标定和测试就尤为重要了。 称重传感器设计包括许多方面，这里对其制造生产不予讨论，例如，需要对电阻应变计安装技术知识的全面了解，一些电阻应变计制造商提供技术资料的同时，还应提供电阻应变计安装的分类等。 关键词：传感器，电阻应变式，称重
压阻式称重传感器设计
压阻式电子称传感器的设计 【摘要】：电阻应变式传感器是基于导体或半导体的应变电阻效应，将测量物体形变转化成电阻变化的传感器。通常由两部分组成，即弹性敏感元件和应变计（丝）。弹性敏感元件在被测物理量的作用下，产生一个与被测量成确定函数关系的应变，再用应变计（丝）作为转换元件将应变转换为电阻变化，从而产生感应电压，再通过测量电路转化为信号形式输出【关键字】：应变片直流电桥温度补偿差动放大零点漂移 一．半导体的压阻效应 固体收到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强，即半导体材料在某一轴向受外力作用时，其电阻率发生的变化较大。 1．半导体压阻效应原理 半导体应变片是用半导体材料制成的一种纯电阻性元件，其工作原理基于半导体材料的压阻效应。 半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为 （1） 式中，为半导体应变片的电阻率的相对变化量。其值与半导体敏感元件在轴向受的应变力关系为 （2） 式中，为半导体的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之间的夹角有关；E 为半导体材料的弹性模量，与晶向有关。 将试（2）代入式（1）中，得 （3） 实验证明，对半导体材料，比大上百倍，所以（）可以忽略，因此 （4） 2．半导体应变片的灵敏度系数 半导体材料的电阻值变化主要是由电阻率变化引起的，而电阻率的变化是由应变引起的。所以，半导体应变片的灵敏度系数为 （5） 半导体应变片的突出优点是灵敏度高，比金属丝高50～80倍，尺寸小,横向效应小，动态响应好。但它的温度系数大、应变时非线性现象比较严重等缺点。 二．传感器各元器件的选择 电阻应变称重传感器选用等强度梁做弹性元件，使贴片位置不受限制，结构也简单；了提高系统灵敏度，选用膜片式半导体应变片做转换元件；测量电路为恒流源供电电桥，温度补偿电路。 1．应变片的选择 按照结构划分，压阻式传感器主演由三种不同类型，即体型半导体、薄膜型半导体和扩散性半导体。 1）体型半导体应变片 体型半导体应变片是一种将半导体材料硅或锗晶体按照一定法相切割成片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片，其结构如图 2）薄膜型半导体应变片 薄膜型半导体应变片是利用真空沉淀技术，将半导体材料沉淀在带有绝缘层的试件上而制成，其结构如图
称重仪课程设计资料
电控学院 综合实验课程设计 题目：称重仪 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2014年3月18日
称重传感器设计实验报告 一．称重传感器项目背景意义： 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种称重传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 称重传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。 在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位，现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm 的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s 的瞬间反应，此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的称重传感器是不可能的，许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破，一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。 称重传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域，可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 二．方案分析 称重传感器利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作。主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路几部分组成。称重仪的称重模块的硬件由称重传感器、放大器等组成，其原理框图如图1所示。称重传感器完成重量到电压的变换，被变换的电压经适当放大后，其转换的输出量是计算机能够接受的数字信号。 三．硬件部分 1. 硬件原理框图 图1称重仪原理框图 2.称重传感器的转换电路。 一般将粘贴在弹性体上的电阻应变计连接成差动式惠斯登电桥,见图3。由于差动式惠斯登电桥的灵敏度高,各臂参数一致,各种干扰的影响可以相互抵消,而且还可以方便地解决称重传感器的补偿问题,所以称重传感器均采用箔式双轴片连接成的差动式惠斯登电桥作为测量电路。在图3所示电路中,R1、R2、R3、R4为应变电阻,Ui 为激励电压,Uo 为输出电压,根据以上分析,可以得出Uo 的输出表达式为: Uo=Ui(R2R4-R1R3)/(R1+R2)(R3+R4) （1）当R1R3=R2R4时,电桥平衡, 压力传感器 测量放大电路 报警 电路
电阻应变式称重传感器的原理和应变片技术
电阻应变式称重传感器的原理和应变片技术 2012/7/26阅 随着科学技术与经济的发展进步，电子衡器作为百姓日常生活中一种贸易结算的手段，已经被广泛使用。无论小到几公斤的电子计价秤，还是大到100多吨的电子汽车衡都是由称重传感器这一主要部件实现质量与电量的转换的。因此对称重传感器的结构组成，工作原理及相关知识的阿了解，对于从事检定和修理方面的工作人员来说尤为重要。下面就从几个方面对电阻应变式称重传感器作以具体介绍。 一、电阻应变式称重传感器的工作原理和结构 电阻应变式称重传感器之所以能作为质量——电量的转换元件，是基于金属丝在受拉或受压后会发生弹性形变，其电阻值也随之产生相应的变化这一物理特性实现的。当电阻应变片内金属丝受到外力作用发生弹性形变时，它的长度L，横截面s及电阻率P均会发生相应的变化。电阻相对变化为 电阻相对变化公式 称重传感器接线图 在钢制的弹性体上，成对地在纵向和横向上贴有R1，R2，R3，R4共4个电阻应变片，它们组成一个全桥式测量电路，如图所示。图中A，c两点接人激励电压u，一般使用交流或直流电源供电，B，D两点为输出端，工作时将输出电压信号u。这种桥式测量电路，可以灵敏
地测量极微小的电阻变化。当弹性体受物体的作用时，弹性体便产生弹性形变，粘在其表面的电阻应变片随其同步地变形，因而改变了它们的电阻值。电阻应变片的长度L，截面积S，电阻率P均随之发生变化。由于电阻应变片组成的桥式电路是平衡的，电阻应变片的电阻变化会引起电桥的不平衡，从而输出电压信号，该信号与物体的质量()成正比。 根据上述原理制成的应变式称重传感器主要由三部分组成，即弹性元件，电阻应变片和测量电路，用专门、十分严格的粘贴技术并通过连接线将这三者联系起来，就可以实现质量——电量信号之间的线性变换。 二，电阻应变片的主要技术特性 1．灵敏度。金属丝的灵敏度系数(Ko)是表示金属丝受力后，电阻的相对变化与轴向长度的相对变化之间的关系。当金属丝制成应变片后，应变片的灵敏系数K就是一个新的量值了，而且K恒小于Ko。这是由于胶基对力传递变形失真外，主要还有横向效应，而且K还是温度的函数，所以对K的要求是稳定性。 2．线性度。弹性体上的应变敏感元件，其电阻的相对变化AK／K理论上呈线性关系。实际上，当施加到弹性体上的力超过一定范围时，就会出现非线性关系。 3，横向效应。粘贴在弹性体上的应变片，其敏感栅有许多条直线及圆角部分组成。当受到纵向应力之后，直线段的电阻将增加，圆角部分的电阻将减小，其综合效应是使应变片的灵敏度下降，这种现象称为应变片的横向效应。在工程上采用箔式应变片可减小横向效应。4．机械滞后和热滞后。当对贴有应变片的弹性体循环加载和卸载时，应变片的AR／R与AL ／L之间的特性曲线的不重合程度称为机械滞后。把加载和卸载特性曲线的最大差异值称为应变片的机械滞后值。它的物理意义是，保持外界条件不变，对弹性体循环加载、卸载过程中，对同一载荷，应变片输出的差值即为机械机械滞后值。当弹性体受到恒定外力时环境温度改变时应变片的电阻值也要变化。在循环改变温度时，应变片在同一温度下电阻的差值称为应变片的热滞后值。 5．零漂和蠕动。在恒温条件下，贴有应变片的弹性体不承受任何载荷，应变片的阻值随时间变化的情况称为应变片的零漂。 在恒温条件下，加到贴有应变片的弹性体上的载荷力恒定，应变片的应变输出随时问变化的情况称为应变片的蠕动。 6应变极限。粘贴在弹性体上的应变片所能测量的最大载荷力称为应变极限。在恒温条件下，缓慢均匀地施加载荷力，当应变片的输出大于机械应变的10％时，就认为应变片已接近破坏状态，此时的应变值就称为应变极限值。
电阻应变式称重传感器的设计
电阻应变式称重传感器的设计与计算 理查德·富兰克林[美国] 这篇文章深入分析推导出一些公式，这些公式能够计算出位于称重传感器上的某些尺寸大小，并提供所需要的输出。此篇文章还介绍了各种误差来源及设计建议。此篇文章的形成是基于对称重传感器设计者能有所帮助。 粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小，从而为获得唯一需要的输出作了充分的准备。设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序（如果可能）来确定称重传感器所需要的尺寸，或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。应力公式选自一部非常好的书——应力与应变公式（见参考文献[1]）。除了公式汇编，本文还讨论了误差的可能来源及设计建议，有关误差来源的信息主要是基于作者的经验。文中所描述的相关称重传感器没有作专利调查，在考虑把所讨论的设计用于产品的生产或推向市场前，有必要作一下调查。 通过某些假设得出的这些计算公式，另外还有电阻应变计的特性、应力形式、材料特征以及机械加工的偏差都会导致计算结果的一定误差。在批量制造称重传感器前，应制造几个样机进行组装、测试和标定，并了解称重传感器的原理。 在某些工业中，如航天工业也许只需要一次性的称重传感器，为决定其非线性、重复性和滞后等误差，在使用前对其进行标定是十分重要的。当计算机被应用于数据处理时，非线性、零点漂移及灵敏度变化，是很容易修正的。如果称重传感器在使用时要经历强烈的温度变化和外部附加载荷的影响，我们应进行试验并测量出这些影响量所造成的误差。如果某部分结构（如接头、销子、压杆）用来测量或是被用作称重传感器时，标定和测试就尤为重要了。 称重传感器设计包括许多方面，这里对其制造生产不予讨论，例如，需要对电阻应变计安装技术知识的全面了解，一些电阻应变计制造商提供技术资料的同时，还应提供电阻应变计安装的分类等。 有关称重传感器设计的附加内容见参考文献[2]（a）和[2]（b）。这份小册子及计算机程序比较完整，可以从制造商那里获得。 在过去十年中，计算机技术的发展改变了称重传感器的设计、制造与记录方式，例如在电阻应变计被安装后，所有的称重传感器都有一个原始的不平衡（当没有载荷作用时，也有输出信号存在）。通常零点调整电阻被应用于商业称重传感器，以便消除这种不平衡。运用计算机程序，零点不平衡
基于电阻应变片的压力传感器设计
前言 随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。
电阻应变式称重传感器基础知识
1.电阻应变式称重传感器等工作原理 2.称重传感器常用技术参数 3.称重传感器选用的一般规则 4.使用称重传感器注意事项 1.电阻应变式称重传感器等工作原理 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。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。 一、电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S（Ω）（2—1） 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。 对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2） 用式（2--1）去除式（2--2）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S （2—3） 另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （2—4） 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （2—5） 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
压变式传感器课程设计
电控学院 传感器原理及应用课程设计 题目：电阻应变式称重报警器 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：自动化xxxx班 姓名：xxx 学号：xxxxxxxx 指导教师：王党树 201x年x月xx日
1、前言 称重传感器是知识密集、技术密集和技巧密集型的高技术产品。研制和生产所涉及的内容多、离散大，技术密集程度高，边缘学科色彩浓，是多种学科相互交叉、相互渗透的结晶。称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用称重传感器至关重要，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。在称重传感器主要技术指标的基本概念和评价方法上，新旧国标有质的差异。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器。目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 电阻应变式称重传感器，是通过把一种被测量(质量)转换成另外一种被测量(输出)来测量质量的力传感器，其工作原理是：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。 2、方案设计 2.1方案比较 直接放大：将传感器输出信号直接通过放大器放大。电路设计简单，受温度影响大。 差分放大：将传感器输出信号通过差分放大电路放大。电路设计较复杂，受温度影响小，有效抑制零点漂移。 直接输出电压：易将报警电路烧毁。 电压比较器：准确调节报警电压。
应变式称重传感器技术的现状和发展趋势
应变式称重传感器技术的现状和发展趋势
应变式称重传感器技术的现状和发展趋势 一、应变式称重传感器的发展与技术创新 1938年美国加利福尼亚理工学院教授 E.Simmons（西蒙斯）和麻省理工学院教授A.Ruge（鲁奇）分别同时研制出纸基丝绕式电阻应变计，以他们名字的字头和各有二位助手命名为SR-4型，由美国BLH公司专利生产。为研制应变式负荷传感器奠定了理论和物质基础。 1940年美国BLH公司和Revere公司总工程师A.Thurston（瑟斯顿）利用SR一4型电阻应变计研制出圆柱结构的应变式负荷传感器，用于工程测力和称重计量，成为应变式负荷传感器的创始者。1942年在美国应变式负荷传感器已经大量生产，至今已有60多年的历史。 前30多年，是利用正应力（拉伸、压缩、弯曲应力）的柱、筒、环、梁式结构负荷传感器的一统天下。在此时期内，英国学者杰克逊研制出金属箔式电阻应变计，为负荷传感器提供了较理想的转换元件，并创造了用热固胶粘贴电阻应变计的新工艺。美国BLH公司和Revere公司经过多年实践创造了负荷传感器电路补偿与调整
工艺，提高了负荷传感器的准确度和稳定性，使准确度由40年代的百分之几量级提高到70年代初的0.05量级。但在应用过程中出现的问题也很突出，主要是：加力点变化会引起比较大的灵敏度变化；同时进行拉、压循环加载时灵敏度偏差大；抗偏心和侧向载荷能力差；不能进行小载荷测量。上述缺点严重制约了负荷传感器的发展。 后30多年，经历了70年代的切应力负荷传感器和铝合金小量程负荷传感器两大技术突破；80年代称重传感器与测力传感器彻底分离，制定R60国际建议和研发出数字式智能称重传感器两项重大变革；90年代在结构设计和制造工艺中不断纳入高新技术迎接新挑战，加速了称重传感器技术的发展。 1973年美国学者霍格斯特姆为克服正应力负荷传感器的固有缺点，提出不利用正应力，而利用与弯矩无关的切应力设计负荷传感器的理论，并设计出圆截工字形截面悬臂剪切梁型负荷传感器。打破了正应力负荷传感器的一统天下，形
应变片称重传感器
第一章摘要 应变片称重传感器信号调理电路设计，在分析重力传感器信号特性的基础上，通过电路设计，把重量变化引起的应变片电阻的变化，反应到电压的变化上。信号调理电路是那模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示、处或其他目的的数字信号。此称重传感器信号调理电路应用了模块化设计，并通过仿真实验得出了较理想的仿真结果。 Multisim仿真结果表明：此电路设计能实时、准确的处理信号。且工作稳定、可靠、重复性好、抗干扰能力强，可实现精密测量的目的。 第二章引言 随着科学技术的发展和自动化程度的提高，作为获取信息的传感器应用越来越广，对高精度信号调理技术的要求也越来越高。传感器输出的信号往往存在非线性问题、滞后误差、蠕变、温漂等问题，因此它的信号通常不能被控制元件直接接收，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且其电路设计的优化程度直接关系到数据采集系统的精度和稳定性。 称重传感器信号检测的精度受到诸多因素的影响，其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素之一。由称重传感器的分析可知：电桥输出与激励电压成正比，使得激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。并且现场工
作环境恶劣，可能存在粉尘、振动、噪声以及电磁干扰等，称重传感器输出的几百微伏至几十毫伏信号极易受到干扰。所以研究抗干扰能力强、实时性好的信号变送和传输技术对保证检测精度具有重要意义。 第三章电路设计 根据设计要求，采用电压驱动电桥，这样就确保了检测信号的精确度和线性度。利用电阻电桥测量微小电阻变化，电桥由连成四边形的四个电阻组成，其中一个对角接激励电压源，而另一个对角接电压检测器，检测器将测量两个分压电阻中点间的电压。这种电桥电路在实际中可以根据输出电压直接观测出电阻差。 3.1信号处理电路的设计 信号处理电路的模块结构如图1所示：采用应变片称重传感器提高检测精度和使加卸载曲线对称，调理电路采用5V参考电压芯片AD588，使输出为符合设计要求的电压输出，精密齐纳二极管型参考源AD588对温度变化具有极低的激励漂移和增益。调理模块采用精确度高、使用简易、噪声低的仪用放大器AD620.保证了信号调理器的精确度和稳定度。