应变式称重传感器设计
一、电阻应变式称重传感器特性及应用--实验指导书
试验一电阻应变式称重传感器特性指导教师：吴华伟一、实验目的：1）TS-OSC-7A开放式传感器电路实验平台的熟悉和了解；2）电桥测试电路的连接方法；3）应变片安装及连接；4）随重量变化的电阻应变片的应变效应，测量和记录重量和电压的变化关系。
二、实验内容：1 TS-OSC-7A开放式传感器电路实验平台的熟悉2 电桥电路实现应变片称重测量三、实验设备●开放式传感器电路实验主板；●TS-INQ-8U多通道数据采集模块；●电阻应变式称重传感器工作对象；●砝码一套；●跳线若干；●PC机；●万用表等，●传感器特性测量.vi；●全桥电路的应用-物体重量测量.vi；四、实验原理图4-1 电阻应变式称重传感器对象结构，图4-2 传感器工作对象的信号线的连接过程。
图4-1 电阻应变式称重传感器对象结构图4-2 传感器工作对象的信号线的连接过程五、实验步骤1.按原理图找到相应的集成模块，或手动自塔电路；2.测试系统连线（电源、信号、输出、采集等）；3.系统供电，并使电桥测量电路初始测量电压＜0.5V；4.改变砝码的重量，观察并记录电桥的输出电压。
5.根据任务中测量的数据，在直角坐标系中绘制关于电阻应变式称重传感器输出电压与称重物体质量之间的关系曲线。
6.观察该曲线的线性特性并计算该关系曲线的函数关系式六、实验报告1.写出实验目的及原理图；2.实验具体步骤；3.根据实验曲线，计算求出应变—重量的函数关系；4.回答思考题。
七、思考题如何用电桥进行温度补偿？注意：1、本任务中采用的电阻应变式称重传感器的量程为5kg，在工作过程中请勿超出量程，以免损坏传感器2、电源线正负号不要接反，以免烧坏器件。
基于粘贴式应变称重传感器的设计
过检测 ＡＢ的长 度 变 化 得到 车辆 的载 重 信 息 ， 长 而
度变化 我们 用 电阻应 变片 来检测 。电阻应变 片 的工
ｎｅ ｓ ａ ｃ ｒ ａ ｅ ｎｔ ， ｃ ｏ ｄ ｎｃ ｗｉｈ ｈｅ ｅ ｅ ａ ｉ ｃ ｔ ｓ ｏ ｔ ｔ ｒ ｌｖ ｎｔ ｎｄｉａ ｏｒ ｔ ｄｅ ｅ ｍｉ ｈ ｐ ｏ ｉｔ ｉｅ， ｉ ｌａ ｏｐ ｉ ｎ ｏｆｔ ｔ ｒ ｎｅ ｔ ｅ ａ ｐｒ ｐｒａ ｅ ｓｚ ｆｎａ ｄ ｔｏ ｈｅ
等使设 计 的传 感器达 到相 应 的指标要 求 。 关 键词 ： 应力 应 变 ； 粘贴 ； 载传感 器 ； 车 称重 传感
器
的粘贴 式应 变称 重 传感 器 有 效 地 解决 了这 一 问题 。 某些 特定情 况下 ， 弹性 元 件垂 直 方 向上 的力 会 导致
水平方 向上的形 变 。而通 过检测 水平 方 向上 的应 变 就可 以检 测到垂 直方 向上 的力 。
ＹＡＮＧ ｅ ． Ｆ ｉＣＨＥＮ Ｇｕ ｎ ａ ｇ—ｈ ａ ＭＡ ｎ ｕ， Ｙｉｇ—Ｉ Ｚ ｊ ＨＡＮＧ Ｚ ｎ ｎ， ｏ ｇ—ｊａ ｉｎ
（ ｃ ｏ ｌｏ ｅｈ ｎｃ １Ｅｌｃｒ ｎｃａ ｄＣｏ ｔｏ ｇｎ ｅｉｇ， ｉｎ ｉｏ ｏ ｇＵ ｎｖ ｒｉｙ Ｂｅ ｉｇ １ ０ ４ Ｃｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ｃ ａ ｉａ． ｅ ｔｏ ｉ ｎ ｎｒ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｂｅ ｉｇＪａ ｔｎ ｉｅ ｓ ， ｉｎ ０ ０ ４， ｉａ ｊ ｔ ｊ
ｓ ｒｃ ａ ｔ ，ｐａ ｋａ ｎ ｔ ｃ ｏ ｏｇ ａ ｏ ｈｅ ｓ ｎ— ｔ ｉｔ ｐ ｓ ｅ ｃ ｇｉ ｇ ｅ ｈｎ ｌ ｙ ｎｄ ｔ ｒ ｅ ｓ ｒ ｎ ｂｌ ｈｅ ｄｅ ｉ ｏ ａ ｈｉｖ ｈｅ ｃ ｒ ｅ ｐ ｄｉ ｇ ｏ ｓ ｅ ａ ｅ ｔ ｓｇｎ ｔ ｃ ｅ ｅ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏｎ ｎ ｉ ｄｅ ｅ ｕ ｒ ｍ ｅ ｓ ｎ ｘ ｒ ｑ ｉｅ ｎｔ ．
称重传感器设计方案及流程
称重传感器设计方案及流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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第07单元 电阻应变式传感器应用——称重实验
砝码产生的实际电压变化值:
（3）观察场景模拟实验界面情况 （4）更换砝码
片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
（1）电子应变片的结构
金属丝式应变片的结构包括： 1）基底 2）敏感栅 3）盖层 4）引线
（2）电阻的应变效应 金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻
值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生 变化的现象，称为金属电阻的应变效应。应变效应 图如下
原始电阻为:
⑦J2接口，测量直流电桥平衡电路输出的负端电压，即 AD623负端输入（2脚）电压；
⑧接地GND接口J4；
⑨信号AD值接口接口J3，测试经信号放大模块放大后电路 输出的电压，该电压由AD623（6脚）输出，经R3和R7分 压后采集R7的电压；
信号放大电路:
输出电压经过分压后作为A/D转换器的输入模拟电 压，即模块中信号AD值对地电压，它的为：
直流电桥电路图：
交流电桥电路：
（1）直流电桥工作原理 输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为：
（2）电阻应变片的测量电桥 电阻应变式传感器的测量直流电桥电路：
受到拉应变，电路输出电压为：
假设一只受拉，一只受压，且受力相等，使得应变 片的电阻变化大小也相等，即，电路的输出电压为：
（3）应变片直流全桥电路 将4只应变片接入电桥，且差动工作，电路构成四臂 直流电桥。当电桥四个臂的电阻发生改变而产生增 量时，假定和臂受到拉应变，和臂受到压应变，此 时若四臂电阻变化相等，即,则输出电压为：
信号放大的放大系数为：
（2）称重传感模块场景模拟界面认识
任务一 实验目的 任务二 实验原理 任务三 实验步骤
1. 启动称重传感模块 称重传感模块工作实图如图
（1）将NEWLab实验硬件平台通电并与电脑连接。
称重传感器测试结果处理与误差计算
传感器型号：YQ1-20t Emax：20000 kg vmax：6 kg 表D.1 载荷试验数据（3次)
试验载荷 第1 次 示值 （kg） （ 0 1000 2500 5000 10000 15000 20000 ） 0 2‘30 9985 3’00 24991 3‘30 49987 4’00 99994 4‘30 150000 5’00 200007 5‘30 时间 （ 第2 次 示值 ） 0 11’30 9987 12‘00 24990 12’30 49985 13’00 99993 13‘30 150002 14’00 200009 14‘30 时间 （
三、误差计算 1.称重传感器误差EL
（1）称重传感器实际检定分度值v 称重传感器实际检定分度值v按下式计算：
Dmax Dmin 19000 1000 v＝ 6kg nmax 3000
式中： Dmax－称重传感器测量范围的最大载荷（kg） Dmin－称重传感器测量范围的最小载荷（kg） nmax－称重传感器测量范围能被分成的最大分 度数。
编号：001 nmax：3000 PLC：0.7 温度：高温40℃
第3 次 示值 ） 0 20’30 9987 21‘00 24989 21’30 49986 22‘00 99995 22’30 150000 23‘00 200010 23’30 时间 （ ） 0 9986 24990 49986 99994 150001 200009 （ ） 0 2 2 2 2 2 3 平均示值 重复性误 差
（2）75%载荷值及分度值计算 Dmin+(Dmax-Dmin)=1000+(190001000)75%=14500kg nmax75%=3000×75%=2250 （3）75%载荷值（2250分度）对应的示值计算 由初始20℃试验平均示值 15000kg----150021 10000kg----99987 计算出 5000kg----50034 500kg----5003.4 则14500kg示值为 K0.75=150021-5003.4=145017.6
实验一--应变式传感器
实验一应变式传感器一、应变片单臂电桥性能实验〔一〕、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
〔二〕、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。
它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得〔1—1〕当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。
对式〔1—1〕全微分得电阻变化率 dR/R为：〔1—2〕式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式〔1—3〕代入式〔1—2〕得：〔1—4〕式〔1—4〕说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变〔几何效应〕和本身特有的导电性能〔压阻效应〕。
2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取〔1—5〕其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
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。
电阻应变式耐高温称重传感器制作与应用
殊的制造工艺 、补偿手段和相关工艺装 备。如０ ５ 。零点温度补偿系统、加 ～２０Ｃ 温加载测试系统、老化系统等 ，才能保 证制作出来的高温传感器能在恶劣的环 境条件下正确地工作。
其热输出特性要大大小于康铜合金制的
热输出特性 ， 使传感器在组桥后容易进
靠进 １，不但价格昂贵、交货周期长 ， ３
点和灵 敏度 的稳
定性。 当上述手段
和 工 艺 还 不 能 保
：
０
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的影响。考虑接线端子时，首先应保证 接线端子在高温下不被碳化 ， 焊点与基
底在高温下具有高吸附能力。因此应选
证零点 和灵敏 度
维普资讯
麓纛叠 馕鼍俊表
关键词：电子秤 高温称重传感器
应变片自补偿
电阻应变式耐高温称重 传感器制作与应用
一
电阻应变片作 为制作传感器 的一
种核心元件 ，其选择是否得 当直接关系
到所制传感器的质量 ，目前能满足 ０ ～
２ ０Ｃ范围 内使用的 自补偿应 ５。
低 ，与弹性体材料的弹性模量随温度升 高而降低引起传感器输出增大的效应相 反 ，在桥路中可以相互补偿。一般来说
接近或达到进 １传感器。这种高温称重 ３
传感器的研制成功 ，不但可替代进 １传 ３ 感器 ， 广泛应用于高温作业中的测力与 称重领域 ，而且也为国家节约 了大量的
外汇。
高温应变片的基底 材料有两种 ： 玻璃纤
且产 品使用性无法满足各种应用要求。 为改变这一状况，国内余姚太平洋称重 工程有限公司等传感器厂家经过多年的 研究开发和反复攻关 ，终于成功地开发
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《自动检测技术及仪表》课程设计题目:电阻应变式称重传感器的设计学院:专业:年级:姓名:学号:目录摘要 (2)一、称重传感器 (2)1、简介 (2)2、种类 (3)二、电阻应变式称重传感器及其设计 (3)1、电阻应变式称重传感器简介及工作原理 (3)2、传感器的设计概述 (5)3、设计传感器的工作原理 (6)4、传感器弹性元件结构 (7)5、传感器测量电路 (8)6、传感器的特性 (9)7、称重传感器常用技术参数 (11)8、传感器设计相关参数选择 (13)9、应用技术及应用领域 (16)三、总结 (17)四、参考资料 (17)1摘要称重传感器是电子衡器的核心部件，随着称重传感器技术不断发展和应用领域不断扩大，传感器越来越为人们所关注。
本文通过对传感器工作原理、分类及应用等的分析，介绍了一种基于双孔梁称重的电阻应变式传感器。
它可称量被试木材在某一时刻的重量，以计算该试材在该时刻的含水率。
该方法的准确度和稳定性不受木材材性影响，且与木材含水率不均性无关。
一、称重传感器1、简介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2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。
应变式称重传感器的设计与计算
应变式称重传感器的设计与计算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。
在某些产业中，如航天产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，是很轻易修正的。
假如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，我们应进行试验并丈量出这些影响量所造成的误差。
假如某部分结构(如接头、销子、压杆)用来丈量或是被用作称重传感器时，标定和测试就尤为重要了。
在过往十年中，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贸易称重传感器，以便消除这种不平衡。
运用计算机程序，零点不平衡数据很轻易被除掉。
除了零点调整电阻外，在精密的贸易称重传感器中安装了很多电阻，便于补偿诸如零点和灵敏度温度影响。
假如在记录数据的同时，称重传感器的温度也进行了丈量，并且当这个称重传感器被标定时，温度造成的误差已被测定，那么就应该运用计算机程序修正终极数据。
贸易称重传感器制造商不为计算机提供用于修正原始不平衡或温度影响的数据，由于他们不想局限市场。
贸易称重传感器不安装零点平衡及温度补偿电阻会节省大量资金，尤其是需求量很大时效果更明显。
称重传感器的输出计算图1 称重传感器电路简图图1是一个不含温度补偿电阻的称重传感器电路简图。
四个电阻应变计呈现在惠斯通电桥的桥臂上。
请留意，应变方向相同的两个电阻应变计安装在电桥的相对桥臂上，以保证电桥灵敏度最大。
例如，电阻应变计1和3受拉伸应力，2和4受压缩应力，那么这种安装的结果是当称重传感器承载后，增加了电桥从B点到C点的终极电压输出。
电阻应变式称重传感器的设计论文
电阻应变式称重传感器的设计论文摘要电阻应变式称重传感器是一种常用于工业领域的重量测量装置。
本论文旨在设计一个基于电阻应变原理的称重传感器，并介绍其工作原理、设计步骤、相关特性以及应用场景。
通过本文的阅读，读者将能够了解电阻应变式称重传感器的基本概念和设计流程，以及在实际应用中的一些注意事项。
1. 引言电阻应变式称重传感器是一种常见的重量测量装置。
其基本原理是通过电阻应变效应来测量被测体的重量。
电阻应变式称重传感器广泛应用于工业生产中的称重、检测、搬运等领域。
本论文将介绍电阻应变式称重传感器的设计流程，包括传感器的结构设计、电路设计和模拟计算。
2. 电阻应变原理电阻应变效应是一种电阻随应变变化的现象。
当应变发生变化时，电阻的阻值也会相应地发生变化。
基于这一原理，可以利用电阻应变效应设计出称重传感器，并通过测量电阻的变化来得到被测体的重量。
电阻应变式称重传感器通常由弹性体和电阻应变片组成，当被测体施加压力时，弹性体会发生变形，从而导致电阻应变片的阻值发生变化。
3. 设计步骤3.1 选择合适的电阻应变片在设计电阻应变式称重传感器之前，首先需要选择合适的电阻应变片。
电阻应变片的选择要考虑到被测体的重量范围、工作环境等因素。
一般来说，应选择具有良好性能和稳定特性的商用电阻应变片。
3.2 结构设计电阻应变式称重传感器的结构设计也是非常重要的一步。
结构设计应该考虑到传感器的安装、力传递和防护等方面。
通常情况下，传感器的结构应该具有足够的刚性和稳定性，以确保传感器在测量过程中的准确性和可靠性。
3.3 电路设计电路设计是电阻应变式称重传感器设计中的重要一环。
电路设计的目标是将电阻应变片的阻值变化转换为与被测体重量成比例的电信号输出。
一般来说，电路设计应包括放大电路、滤波电路和数据处理电路等部分。
3.4 模拟计算在进行电阻应变式称重传感器的设计过程中，模拟计算也是非常重要的一环。
通过模拟计算可以评估传感器的性能以及各种参数的影响。
应变式测力与称重传感器
应变式测力与称重传感器摘要：当今时代，传感器技术已形成为电子工业基础产品的一个独立门类，是信息社会的重要技术基础，应变式力传感器用作静态、动态条件下测力或称重，在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。
随着技术进步以及用现代电子信息技术改造传统产业的深入，其需求量日趋增加。
关键词：应变式测力传感器；应变式称重传感器；电阻应变片；电桥；线性度一、应变式测力与称重传感器原理：应变式测力与称重传感器的工作原理是以应变效应为基础的。
它由弹性体、电阻应变片及若干元器件组成。
将四片（或8片）电阻应变片粘贴在弹性体上, 当有负荷作用时, 弹性体在贴片处即产生拉、压成双的弯曲应力（或剪应力）, 从而使应变片发生阻值变化, 利用惠斯顿电桥电路就可输出电信号（见图1），传感器的工作原理框图如图2 所示。
(一)信号处理电路 1.转换电路应变片将应变的变化转换成电阻相对变化R R∆，还要把电阻的变化再转换为电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。
通常采用电桥电路实现微小阻值变化的转换。
2.直流电桥（1）直流电桥的工作原理四臂电桥如上图所示，因为应变片电阻值变化很小，可以认为电源供电电流为常数，即加在电桥上的电压也是定值，假定电源为电压源，内阻为零，则流过负载电阻L R 的电流为)()())((2143432143213241R R R R R R R R R R R R R R R R R UI L L ++++++-=LI =0时电桥平衡，则平衡条件为：3241R R R R =若将应变片接入电桥一臂，应变片的阻值变化量可以用检流计转换为电流L I 的大小表示（称偏转法），也可以用改变相邻桥臂阻值的方法，使L I 恢复到零（称零读法）然后根据相邻桥臂阻值的变化来确定应变片的阻值变化。
（2）不平衡直流电桥的工作原理及灵敏度当电桥后面接放大器时，放大器的输入阻抗都很高，比电桥输出电阻大很多，可以把电桥输出端看成开路，电桥的输出式为：UR R R R R R R R U ))((432132410++-=应变片工作时，其电阻变化ΔR ，此时有不平衡电压输出。
基于电阻应变片式传感器的电子秤设计
基于电阻应变片式传感器的电子秤设计在电子秤系统设计中,主要需要设计电子秤的软硬件电路,并且需要做好软硬件调试工作,最后进行称重测试｡硬件部分主要核心为51单片机,在试验当中使用stc89S152作为控制单片机对数据处理进行控制,数据采集过程中通过放大电路进行放大,使用24位ad芯片hx711进行模数转换,转化工作结束之后,再在单片机当中进行处理,通过LCD12864对其数据进行显示｡最后达到的要求是如果称重范围是在5到500克,如果重量小于5克的时候,控制器称重误差不大于0.5克,如果称重重量在0-50十克以上的过程中控制其误差小于1克,这种电子秤具有可以数字显示､金额自动累加､自动计价､去皮､快速方便等诸多优点｡称重设备在国民经济发展过程中应用非常广泛,对称重设备的要求也逐步提高,比如说要求称重设备具有很高的精度和抗干扰能力,以前的电子秤一般情况下都是有模拟电路来进行实现的,伴随当前数字芯片发展的速度进一步加快,逐步开始取代模拟控制,电子设计过程中,逐步使用单片机为核心处理器｡这样可以让电子秤的可靠性和精度大大提高｡本文主要以电阻应变片为主要信号采集装置,以stc89s52为单片机对其进行控制,设计一款便携式智能电子设备｡1电阻应变片式电子秤的基本组成单元电子秤主要通过物体重力来对物体的质量进行确认,也可以对与质量相关的其他特征参数量的大小进行确认,基本组成单元有以下几个｡第一是承重传力复位系统,这套系统主要用于物体和转换元件之间进行机械传力,主要功能有承受物体的载荷､限位､减震､具有全桥结构等｡其次是称重传感器也就是将非电为量转化为电为量的传感器｡这种传感器需要确定输出量和输入量保持一致,线性效果较好,灵敏度较高,在称重过程中｡不会受到物体状态的影响,在较差的条件下,也能具有很好的稳定性｡第三是测量显示和数据输出载荷测量装置,这种装置主要包含了电子线路,比如说调节器､补偿元件､转换模模块､放大器以及一些指示部件｡1.1系统总体设计分析本系统当中主要有数据显示､放大转换､测量控制､键盘､电池等多部分组成,以下为设计总框图｡1.2电阻应变片式电子秤的基本工作设计原理如果物体被放到称重平台上,电阻应变片传感器就会出现一定的形变而传感器会将这些力效应转化为电效应,也就是随着重力的变化依照被测物体的重力变化形成一个模拟电信号,这个信号相当微弱,经过滤波放大之后,再通过ad转换,可以将其转化为数字信号,最后通过mcu对其进行处理,简单说来就是mcu实时扫描各功能开关和键盘,依照键盘输入情况以及功能开关的状态进行分析和判断,读取重量数据,利用软件程序对算法进行控制,最后在液晶屏上显示结果｡本次研究的电阻式应变片,传感器特点鲜明,优势明显,频率响应好,结构小巧,精度较高,应用和测量范围广,使用方便,可以适应很复杂的环境,在强磁场､高温高压等条件下均可使用,很适合进行自动化测量｡2.1A/D转换器分析ad转换模块在整个系统当中扮演着最重要的角色,hx711芯片是一种专门针对电子秤而研发的高精度24位ad转换模块,和其他芯片相比,各种芯片不单单能够让电子秤的整体成本大大降低,还能让整机的可靠性和性能大大提高｡芯片和后端的mcu的编程和接口都相对较简单,控制信号都通过管脚进行驱动,不需要对芯片进行扩展配置编程,可以任意选择a通道或b通道作为数据读取通道,在低噪音条件下,可以与放大器相连,通道a的可编程增益达到了64位或者128位,满额度差分输入信号幅度分别是±40,和±20毫伏,通道b具有一个固定的23位增益,可以检测系统参数,芯片内部还有稳压电源,可以直接给芯片的ad转换器供电,也可以对外输出,所以系统板上不需要额外进行模拟电源的设置,芯片内的时钟震荡器不需要任何外接器件连接自动复位功能,大大简化了开机初始化过程｡2.2键盘处理电路设计因为电子秤需要对单价进行设置,所以需要设置十个数字键,另外还需要设置计价､去皮､删除､确认等诸多功能,以及系统需要的复位功能,共计17个按键｡键盘拓展方案通过矩阵键盘来实现,矩阵键盘的结构是将检测线分为两组,行线一组,列线一组｡把按键设置在行列线的交叉点上,如果键盘数量超过8的时候,就可以通过矩阵键盘来实现,与本设计实际情况相结合,16个按键通过4×4矩阵键盘,另外一个复位键通过独立键盘来实现｡2.3报警电路分设计如果被测物体的重量已经超过设计阈值的时候,可以通过单片机中的io控制蜂鸣器发出警报声,并且可以通过三极管连通led,使其闪烁报警｡3、电阻应变片式电子秤软件设计在设计过程中,软件的设计思路是充分将单片机控制的优势发挥出来,让称重过程中的一系列要求得以实现,使系统的可靠性提高,软件部分主要分成六个子程序模块,主要是主控制程序､报警程序､显示程序､键盘扫描控制程序､数据转换程序,主程序主要包含了系统初始化以及如何对子程序进行调用,ad转换程序主要是应用在系统运行的过程中将获取的传感器信号从模拟量变成数字量,并且输入到单片机要求的程序计算流程当中,数据转换程序主要是做数据转换的工作,键盘扫描主要对案件编码进行控制,依照编码获取键盘按下过程中的数值,并且将其存储到对应的存储单元当中,再依照相关功能进行处理,显示模块主要用于对数据进行显示,报警模块主要功能是实现当前数值和设定值的比较,如果超过设定值就需要报警,蜂鸣器发出报警声,报警灯闪烁｡基于电阻应变片进行电子秤设计具有使用简单､准确度高､灵活性好等特点,能够将传感器设备数字显示技术以及单片机控制技术集于一体｡具有很好的推广价值和应用价值,值得进行研究和分析｡。
应变式称重传感器的设计与计算
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。
基于电阻应变片的称重传感器设计 -毕业设计
基于电阻应变片的称重传感器设计 -毕业设计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1 绪论1．1 课题研究的背景现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理技术，也就是传感技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”、“大脑”。
如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高反应速度的控制系统。
可见传感器技术是一种和其他多种现代科学技术密切相关的尖端技术。
应变式力传感器用作静态、动态条件下测力或称重，在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。
随着技术进步以及用现代电子信息技术改造传统产业的深入，其需求量日趋增加。
传感器是测量装置和控制系统的首要环节。
如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量，那么，无论是信号转换或信息处理，或者最佳数据的显示和控制，都将成为一句空话。
应变式传感器的计算
et—电桥上应变计的全部有效应变产生的总的应变输出。
4 × E0
变化公式（1），得到总应变： et =
Ei Gf
（2）
通过这两个公式，便可以计算称重传感器的输出灵敏度E0/Ei，如果给出了电桥各桥臂的应变值，
就可以计算出总的应变值et。如果给出了所需要的电桥输出值，要想确定电桥的总应变值et，我们必 须知道每个桥臂的应变值：
e1 —应变计 1 应变的绝对值。
es—应变梁表面应变。 et—电桥的总有效应变。 Ei—电桥的激励电压。 E0—电桥的输出电压。 Em—弹性模量。 f—翼缘厚度。 Gf—应变计灵敏系数。 h—应变梁厚度。 J—横截面的惯性矩。 l—从应变梁中心到应变计中心线的距离。 L—应变梁上两个应变计中心线之间的距离。 μ—泊松比。 M—应变计中心的弯矩。 N—电桥应变放大系数。 p—分载荷。
符号定义 a—结构系数。 A—横截面面积。 A＇—中性轴上横截面面积。 A1—中性轴上翼缘面积。 A2—中性轴上腹板面积。 b—应变梁翼缘或矩形截面的宽度。 c—从中性轴到应变梁或翼缘上表面的距离。 d—从中性轴到翼缘下表面的距离。 e—拉伸或压缩应变。 e1、e2、e3、e4—应变计 1、2、3、4 的应变值。
（3）
和
et=N（±e1） 用公式（1）代替et，结果是：
E0 = G f Ne1
Ei
4
（4） （5）
公式（2）变化为：
4 × E0
e1 =
Ei Gf N
（6）
有三种应力被应用于称重传感器的设计中，即拉伸与压缩应力，弯曲应力和剪切应力。 利用拉伸与压缩应力的称重传感器 利用拉伸应力与压缩应力的多为商业称重传感器，它是利用单一载荷产生的应力，代替被称物 体产生的应力。由于有较小的纵剖面设计，能为所给的受力状态提供较大的输出。 在航空工业中，通常用圆柱形弹性体作称重传感器（处于拉伸应力或压缩应力的圆柱）是比较 方便的。最好是将圆柱的两端固定或设计成双球面，若是作不到这一点，就把应变计粘贴在附加弯 矩最小区域，那里的横截面存在有规律的变化，并产生最小的弯曲应力。
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-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2011101471姓名李玉堃同组人王鑫王海平总结.设计日期2015年1月太原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，称重目录第一章方案设计 (6)第二章传感器设计 (6)2.1传感器的选择 (6)2.1.1电阻应变式传感器 (7)2.2 设计分析 (7)2.2.1应变片的测量电路 (7)2.2.2前级放大器部分 (9)2.2.3 A/D转换模块 (11)2.2.4控制模块 (11)2.2.5显示模块 (12)2.2.6键盘输入 (12)2.2.7 电源模块 (13)2.2.8 本部分总结 (13)2.3电路原理图 (14)2.3.1弹性元件的选择 (14)2.3.2 信号转换放大部分 (15)2.3.3 A/D转换部分（ICL7315） (16)2.3.4 单片机控制部分 (18)第三章软件设计 (18)3.1主程序流程图 (18)第四章课设小结 (20)参考文献 (21)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）应用和测量范围广，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。
下图为一直流供电的平衡电阻电桥，in E接直流电源E：)(434211R R R R R R E +-+=))((43214231R R R R R R R R E ++-•3421R R R R =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。
当忽略电源的内阻时，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（2.2）[][][])()()()()()(22R R R R R R R R E R R R R uo ∆-+∆+∆-+∆+∆--∆+=E R R •∆=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）题目要求称重范围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。
此芯片内部采用差动输入，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内的任意增益，工作电源范围为+-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位内部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，片内振荡器和时钟电路。
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。