基于全桥测量原理电子秤设计
直流全桥的应用-电子称
实验二直流全桥的应用——电子秤实验目的：1. 观察了解金属应变片的结构和粘帖方式；2. 验证直流全桥的性能。
实验原理：应变片是一种能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件。
使用应变片时，将其贴于测试件表面上，当测试件受力形变时，应变片也随之产生形变，相应的电阻值将发生变化，通过测量电路最终将其转换为电压或者电流的变化，测出应变片的灵敏度，测量电桥是将被测非电量转换成电压或电流的一种常用方法。
所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、双平行梁、应变片、主、副电源，砝码。
有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。
实验步骤：(1) 了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表面个贴两片受力应变片和一片补偿片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
(2) 将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-）、地短接。
将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。
(3)接成一个直流全桥，将直流稳压电源的切换开关置于±4V档，F/V表置20V 档；调整测微头，使双平行梁处于水平位置(目测)；开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的电位器W1，使F/V表显示为零(需预热几分钟表头才能稳定下来)；待F/V表稳定后，将F/V表置2V档，再调电桥平衡网络中的电位器W1（慢慢地调），使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。
(4) 在传感器的自由端上放一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值，并将这些数值填入下表。
根据所得结果计算系统的灵敏度S=△V/△W,并作出V-W关系曲线，△V为电压变化率，△W为相应的重量变化率。
实用电子秤的设计与制作
实用电子秤的设计与制作一、课程设计任务1．设计框图利用传感器与检测技术实验室已有的应变式称重台，将四片应变片采用全桥形式接入测量电路，经过运放OP07组成的仪表放大器放大，再由串行模数转换芯片TLC2543进行A/D转换，转换结果送入单片机STC12C5A60S2，通过74LS244驱动四位数码管显示。
仪表放大器的输出需经采集卡采集，经过虚拟仪器软件分析，得到较好的线性度和灵敏度后，才能再送入AD芯片进行转换。
系统框图如图1所示。
图1 电子秤系统框图2．基本要求(1) 掌握金属箔式应变片的应变效应。
(2) 掌握单臂、半桥和全桥电路的工作原理和性能。
(3) 利用multisim仿真软件，确定仪表放大器设计方案；应用运放OP07设计三运放仪表放大器，确定电路元器件具体参数；在通用板上制作电路板。
(4) 仪表放大器增益可调，放大倍数自行确定；应变电桥和放大电路应具有调零功能。
(5) 能够利用C51单片机编写正确程序，调试电路板，采集放大器的输出电压，并显示。
(6) 考虑A/D分辨率为20mV，要求灵敏度不低于40mV/20g。
(7) 利用虚拟仪器采集测量电路的输出电压至电脑中，并分析数据。
要求非线性误差小于1.50%。
二、设计总体要求1．认真阅读本设计任务书，了解本设计的任务和要求。
2．认真复习《传感器与检测技术》和《单片机原理与应用》课程中有关应变式传感器和A/D转换、数码管显示的有关内容。
3．适当查阅一些与设计有关的参考资料，鼓励同学创新。
4．利用protues7.1画出系统完整电路图，包括仪表放大器和单片机系统两大部分。
5．特别要注意焊接装配的质量，认真搞好焊接装配工艺，焊接完毕后一定要细心检查有无错误、错焊元件、焊接点与接地点短路等。
在焊接装配完成后，要认真检查部件的焊接情况，在与电路图反复对照确属无误后，方可接上直流电源，特别要注意电源接法。
6．精心调测，尽量得到较高的灵敏度和较低的非线性误差。
电子配料秤
长安大学电子技术课程设计课题名称电子配料称班级姓名指导教师日期1-4前言电子配料秤是一种预先给定质量比例，对被称物中的几种物质进行配料计量的衡器。
用途十分广泛，既可用于多种物料的配料汁量，也可用于一种物料的计量(料斗秤)。
若与包装密封机配套，即为定量包装秤。
一种电子配料秤，它包括有皮带、机架、驱动部分、称重传感器、测速传感器、变频器、控制仪表，张紧装置，在于机架的框架为矩形管，张紧装置由水平张紧装置和垂直张紧装置组成，水平张紧装置位于机架的被动辊处，主动辊中心位置低于被动辊中心位置高于张紧中心位置。
在机架上矩形箭内侧安装秤重框支点座和秤重托辊座。
本实验用新型的水平张紧及垂直张紧装置其设计思想是三角形张紧方式，其优点是张缩比大、可防止皮带下部颤动提高皮带运行稳定性。
本实验用新型的秤重托辊座、秤框支点座在机架矩形方管内侧的安装方式是在以保证定位精度的准确，生产，加工，安装方便。
在现代工业生产中，电子配料秤有着非常广泛的应用。
如饲料加工、炼钢、生产水泥等，在这此生产流程中经常需要将不同的物料按一定重景比例配置进行混合加工，现设计一种加料重量计量装置，用于配料生产的自动控制系统。
本课程设计的电子配料秤是利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲V改为重量纲g即成为一台原始电子秤。
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，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。
而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，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，进行模数转换，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。
目录1.第一章电子配料秤的系统概述 (1)2.第二章单元电路设计与分析 (1)2.1传感器 (1)2.2三运放大电路 (2)2.3比较器 (3)2.4 继电器 (5)2.6 AD转换与显示 (6)3.第三章系统概述总体电路 (8)4.第四章结束语 (6)4.附录 (9)5.参考文献 (11)电子配料称摘要电子配料称的核心元件是电阻应变式传感器，利用单臂电桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（mV）和重量纲（Kg）对应起来。
电子秤电路原理
电子秤电路原理
电子秤电路原理是基于电阻应变片（strain gauge）的工作原理设计的。
电阻应变片是一种能感知外力作用而改变电阻值的传感器。
当外力作用于电子秤平台上的物体时，电子秤的平台会发生微小的变形，导致电阻应变片产生相应的应变。
电子秤电路中通常采用全桥电路来测量电阻应变片的电阻值变化。
全桥电路由四个电阻组成，其中两个电阻用于电源电压的分压，另外两个电阻连接到电阻应变片上。
当电子秤受力变形时，电阻应变片的电阻值会发生微小的变化，通过全桥电路中的电流流过电子秤电路的各个分支，输出电压的变化即可反映被测物体的重量。
为了提高电子秤的灵敏度和准确度，常常采用放大器来放大输出电压信号。
放大器可以根据需要调节增益，以增强信号强度并提高信噪比。
放大器输出的电压信号经过滤波电路进行滤波处理，以去除干扰信号和杂散信号。
在电子秤电路中，还需要添加一个模数转换器（ADC），将模拟信号转换为数字信号。
数字信号可以通过微处理器或者其他计算设备进行进一步处理和显示。
通过校准、调整和计算等步骤，最终可以得出被测物体的准确重量。
总之，电子秤电路利用电阻应变片的变化来测量物体的重量，通过全桥电路、放大器、滤波电路和模数转换器等组成的电路系统，能够实时地获取并处理被测物体的重量信息。
自动化传感器实验报告四--直流全桥的应用——电子秤实验
广东技术师范学院实验报告学院：自动化专业：自动化班级：08自动化成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：实验二项目名称：直流全桥的应用——电子秤实验一、实验目的了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
二、基本原理电子秤实验原理与实验三相同，利用全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始的电子秤。
三、需用器件和单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。
四、实验内容与步骤1．按实验一中的步骤2，将差动放大器调零，按图3-1全桥接线，打开直流稳压电源开关，调节电桥平衡电位器Rw1，使直流电压表显示为零。
2．将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（增益即满量程调节）使直流电压表显示为0.200V或-0.200V。
3．拿去托盘上的所有砝码，调节电位器Rw1（零位调节）使直流电压表显示为0.000V。
4．重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g，就可以称重，成为一台原始的电子秤。
5．把砝码依次放在托盘上，填入下表4-1。
表4-1电桥输出电压与加负载重量值6.误差：0% 非线性误差：0%五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。
2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。
六、实验报告要求1．记录实验数据，绘制传感器的特性曲线。
2．分析什么因素会导致电子秤的非线性误差增大，怎么消除，若要增加输出灵敏度，应采取哪些措施。
答：环境因素和实验器材的校正不准会导致非线性误差增大。
通过多次校正，调节变位器可消除或减少误差。
若要增加输出灵敏度可增加相形放大电路。
广东技术师范学院实验报告学院：自动化专业：自动化班级：08自动化成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：实验二项目名称：直流全桥的应用——电子秤实验一、实验目的了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
实验一单臂半桥全桥电桥性能实验;实验二直流全桥的应用—电子秤实验
实验一单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。
二、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20克砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。
三、基本原理：图1电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数,ε=ΔL/L 为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。
电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U o= EK ε/4。
四、实验步骤模块联合调零：1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。
传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方，K1开关应置于OFF状态。
可用万用表进行测量判别，R1=R2= R3=R4=350。
2、根据图(1-1), IC1、IC2、IC4组成第一级典型的三运放仪表放大器，整益G1=R24/R20[1+2R14/w1],其中R16=R24=20K、R18=R20=10K、R14=R15=20K、w1=10K。
w1中串接了200殴的电阻，也就是说当W1为0时放大倍数为G1=1+40000/200=201倍，W1旋转一圈为1K，IC3是第二级反向放大器，整益G2=R22/R17，R22=51K、R17=20K，在IC3的“+”端通过Rw2、R27接入正负电压调节放大器的零点，Rw2=10K、R27=1K。
在应变式传感器的输出端通过W3、R11接入±4V 电压，调节应变式传感器由于4片应变片电阻不对称而引起的输出零点变化,w3=10K、R11=1K。
放大电路总整益G=G1*G2。
电子秤重量传感器电桥的工作原理
电子秤重量传感器电桥的工作原理电子秤是一种使用电子设备测量重量的工具，而电子秤的核心部分就是重量传感器。
重量传感器常常采用电桥的工作原理来实现对物体重量的测量。
电桥是一种电气测量仪器，由4个电阻组成，它们连接成一个平衡状态的电路。
当有外部物理量作用于其中一个电阻时，电桥会产生一个输出信号，用来衡量这个物理量的变化。
在电子秤中，这个物理量就是物体的重量。
电子秤重量传感器电桥的工作原理如下：1. 桥臂的设计：电子秤传感器的电桥由四个电阻组成，在设计中通常采用全桥或半桥结构。
全桥结构由4个电阻组成，而半桥结构则由2个电阻组成。
两种结构的选择取决于所需测量的范围和精度。
2. 桥臂的连接：电桥的连接方式会对传感器的灵敏度和测量精度产生影响。
连接方式主要有串联和并联两种。
串联连接方式是将电桥的各个电阻串联在一起，提高了传感器的输出电压信号；而并联连接方式是将电桥的各个电阻并联在一起，提高了传感器的输入灵敏度。
3. 桥臂的传感特性：为了实现对物体重量的准确测量，电桥的每个桥臂都需要具备一定的传感特性。
通常情况下，电桥的两个对角桥臂的电阻值保持一致，以确保电桥处于平衡状态。
当物体施加在传感器上时，它会产生应力，导致桥臂的电阻发生变化，从而破坏电桥的平衡状态，使得输出电压或电流发生变化。
4. 桥臂的激励方式：电子秤传感器的桥臂需要通过激励信号来使其工作。
通常使用直流电源或交流电源来提供激励信号。
直流激励信号较为简单，但存在电解腐蚀的问题；而交流激励信号则可以有效避免电解腐蚀，但需要使用交流电源和锁相放大器等额外设备。
5. 输出信号的处理：传感器通过电桥测量到的输出信号需要经过放大、滤波和模数转换等处理步骤，以得到最终的电子秤读数。
放大过程可以采用运算放大器等器件，滤波则可以通过低通滤波器来减少噪声干扰，而模数转换则是将模拟信号转换为数字信号。
总结：电子秤重量传感器电桥是实现对物体重量测量的关键组成部分。
通过合理的桥臂设计、连接方式选择、传感特性调节、激励方式确定和输出信号处理，电子秤传感器可以准确地测量物体的重量。
测控电路课程设计之电子称设计
测控电路课程设计之电子秤的设计一、设计任务1、题目：电子秤的设计1．确定结构电子秤由传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等五部分组成，其原理框图如指导书图4所示。
2．设计技术指标如下：1）量程为0～1.999Kg ，2）传感器可采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁上贴有应变片）。
3） 显示电路采用213为A/D 转换电路、共阴级数码管。
2、设计任务1）选择传感器2）设计传感器测量电路：通常用电桥测量电路。
3）放大电路设计由于传感器测量范围是0～2Kg ，假定选择的某款传感器的灵敏度为1mV/V 、工作电压为10V ，那么其输出信号只有0-10mV 左右；而A/D 转换的输入应为0-1.999Kg ，当量为1mV/g ，因此要求放大倍数约为200倍，一般采用两级放大器。
另外，在电路设计过程，应考虑电路抗干扰环节、稳定性。
选择低失调电压、低漂移、高稳定、经济性的芯片。
最后，电路中还应有调零和调增益的环节，才能保证电子秤没有称重时显示零读数，称重时读数正确反映被秤重量。
4）模数转换及显示系统A/D 转换器可选择MC14433，也可另选。
4）供电电源：设计一个可满足本设计需求的电源。
二、设计方案1、电子秤的主要组成电子秤由传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等五部分组成，其原理框图如图4所示。
图4电子秤组成框图传感器将被测物体的重量转换成电压信号输出，放大系统把来自传感器的微弱信号放大，放大后的信号经过模数转换把模拟数字量，数字量通过数字显示器显示重量。
2、方案的选用方案一：采用应变式电阻称重传感器，将被测物体的重量转换成电压信号输出，然后采用AD620差动电路放大器把来自传感器的微弱信号放大，然后将放大后的信号经过MC14433模数转换器转换成数字量，最后经过动态扫描将数字量通过数码管显示出来，显示出来的数字就是被测物体的重量。
方案二：设计以51系列单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。
自动化传感器实验报告四--直流全桥的应用——电 子 秤实验
自动化传感器实验报告四--直流全桥的应用——电子秤实验一、实验目的1.了解全桥电路的基本原理及其应用在电子秤中的原理；2.了解荷重传感器的工作原理及构造；3.掌握使用程序来采集、处理、显示传感器数据的基本方法；4.熟悉各种测量仪表和传感器的使用方法。
二、实验仪器与材料仪器：电压表、万用表、示波器、笔式记录仪等。
材料：直流稳压电源、全桥位移传感器、万用表测量导线、电阻等。
三、实验原理电子计重秤的工作原理是：利用承重结构产生的微小形变，经过荷重传感器转换成微小电压信号，进而转化成数字量信号进行显示、储存等处理。
1. 全桥电路的基本原理全桥电路由四个电阻组成的电路，它被用来测量小信号。
常用于压力、应力、扭矩等物理量的测量。
当桥中一个臂变化时，桥中的电阻值随之发生变化，检测出变化后，选用差动法放大这个信号。
可理解为是电路的强化作用，通过放大电路来使信号得到更好的运用。
2. 电子秤的原理电子秤是一种新型计量仪器，由荷重传感器、变换器、显示器、电源等组成。
它使用荷重传感器将重物产生的应变信号转化成弱的电信号后，再经过放大、滤波、积分等处理后转化成可视的数码显示。
电子秤以其高精度、高灵敏度、高分辨率、精准度高等优点，已取代了传统的机械计量秤，成为工业生产和科技测试中的必需品。
四、实验步骤1.按照电路原理图连接电路。
2.使用万用表测量各个电路元件的值和完整性。
3.连接示波器，打开电源。
4.根据电路原理图调节电压幅度和频率。
5.根据显示器显示的数字，计算出物体的重量。
5 操作结果与分析我们将自己重量放在电子秤上，原本应该显示70kg左右但是并没有，存在一定的误差。
同时，可以通过调整供电范围、改变采样时间和滤波等来消除噪音干扰，获得更准确的读数。
此外，需要注意的是，由于荷载传感器本身与环境温度有关，因此在长期使用过程中，需要周期性校准调整以保证其准确性。
六、实验结论1.全桥电路是一种用于测量小信号的电路，在物理量测量中应用广泛。
电子秤电路设计与制作
电子秤电路设计与制作实验报告姓名：学号：指导老师：通信与信息工程学院电子秤电路设计指导书一、实验目的：本实验要求学生设计并制作一个电子秤电路，要求能测量重量在0～200g 间的物体，输出为电压信号，通过调节电路使电压值为对应的重量值，电压量纲mv改为重量纲g即成为一台原始电子秤。
二、基本原理：基本思路总体设计思路如图1所示，所测重量经过转换元件转换为电阻变化，再经过测量电路转化为电压变化，经过放大电路放大调节后输出显示得到所需信号。
图1 基本设计思路电阻应变式传感器本设计主要通过电阻应变式传感器实现。
电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻的变化，实现电测非电量的传感器。
传感器由在不同的弹性敏感元件上粘贴电阻应变片构成，当被测物理量作用在弹性敏感元件上时，弹性敏感元件产生变形，并使附着其上的电阻应变片一起变形，电阻应变片再将变形转换为电阻值的变化。
应变式电阻传感器是目前在测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数中应用最广泛的传感器之一。
1、弹性敏感元件物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。
具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
弹性敏感元件是指元件在感受到力、压力、力矩、振动等被测参量时，能将其转换成应变量或位移量，弹性敏感元件可以把被测参数由一种物理状态转换为另一种所需要的物理状态。
2、电阻应变片对于一段长为L，截面积为S，电阻率为ρ的导体，未受力时电阻为 R = ρ，在外力的作用下，电阻丝将会被拉伸或压缩，导体的长度L、截面积S以及电阻率ρ等均将发生变化，从而导致其电阻值发生变化，这种现象称为“电阻应变效应”。
利用金属或半导体材料电阻丝的应变电阻效应，可以制成测量试件表面应变的敏感元件。
为在较小的尺寸范围内感受应变，并产生较大的电阻变化，通常把应变丝制成栅状的应变敏感元件，即电阻应变片，通常由敏感栅、基底、盖片、引线和黏结剂等组成。
直流全桥的应用——电子秤实验
直流全桥的应用——电子秤实验
实验六直流全桥的应用——电子秤实验
一、实验目的：了解应变片直流全桥电路和测量应用系统的标定。
理解针对电子秆这种传感器应用系统的功能和相关应变片结构与电路之间的关系。
二、实验原理：本实验原理为全桥测量电路原理。
全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压U03=KEε。
通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。
三、实验步骤：
1、按直流电桥性能实验中的步骤2将差动放大器调零：按如下图所示的全桥电路图进行接线，合上主控箱电源开关调节电桥平衡电位器R w1，使数显表显示0.00V。
2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器R w3(增益即满量程调节)，使数显表显示为0.200V(2V档测显)或-0.200V。
3、拿去2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V 改为重量量纲g，就可秤重，成为一台原始的电子秤。
数字电子秤设计
目录一、设计目的 (2)二、设计要求 (2)三、总体设计 (2)四、各部分硬件电路的设计 (3)4.1 传感器的选择 (3)４.２三运放大电路的设计………………………………………………６4.3 ＡDC0809 A/Ｄ转换器………………………………………………６４．4 LED显示电路的设计 (8)4.5 控制器单片机的选择 (9)五、整体电路图……………………………………………………1３5.１总体电路图 (13)5．2 程序流程图…………………………………………………………１45.3软件设计………………………………………………………………１４六、设计总结..................................................................１6 参考书籍 (17)一、设计目的称重技术自古以来就被人们所重视,作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。
电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具,是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低,将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。
经过多年的发展,电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高;其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能;其应用性能趋向于综合性和组合性。
本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系,建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（ｇ)即成为一台原始电子秤。
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,本设计采用全桥测量电路,使系统产生的误差更小,输出的数据更精确。
而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足Ａ/D转换器对输入信号电平的要求。
电子秤电路设计实验指导书
电子秤电路设计与制作实验指导书自动化工程学院电子秤电路设计指导书一、实验目的：本实验要求学生设计并制作一个电子秤电路，要求能测量重量在0～200g 间的物体，输出为电压信号，通过调节电路使电压值为对应的重量值，电压量纲mv改为重量纲g即成为一台原始电子秤。
二、基本原理：基本思路总体设计思路如图1所示，所测重量经过转换元件转换为电阻变化，再经过测量电路转化为电压变化，经过放大电路放大调节后输出显示得到所需信号。
图1 基本设计思路电阻应变式传感器本设计主要通过电阻应变式传感器实现。
电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻的变化，实现电测非电量的传感器。
传感器由在不同的弹性敏感元件上粘贴电阻应变片构成，当被测物理量作用在弹性敏感元件上时，弹性敏感元件产生变形，并使附着其上的电阻应变片一起变形，电阻应变片再将变形转换为电阻值的变化。
应变式电阻传感器是目前在测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数中应用最广泛的传感器之一。
1、弹性敏感元件物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。
具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
弹性敏感元件是指元件在感受到力、压力、力矩、振动等被测参量时，能将其转换成应变量或位移量，弹性敏感元件可以把被测参数由一种物理状态转换为另一种所需要的物理状态。
2、电阻应变片对于一段长为L，截面积为S，电阻率为ρ的导体，未受力时电阻为R = ρ错误！未找到引用源。
，在外力的作用下，电阻丝将会被拉伸或压缩，导体的长度L、截面积S以及电阻率ρ等均将发生变化，从而导致其电阻值发生变化，这种现象称为“电阻应变效应”。
利用金属或半导体材料电阻丝的应变电阻效应，可以制成测量试件表面应变的敏感元件。
为在较小的尺寸范围内感受应变，并产生较大的电阻变化，通常把应变丝制成栅状的应变敏感元件，即电阻应变片，通常由敏感栅、基底、盖片、引线和黏结剂等组成。
电子称测量电路的设计
电子称测量电路的设计
要求用电阻应变式传感器并采用全桥测量电路 设计一款电子称重测量电路，电路由全桥测量电桥、 放大电路和A/D转换电路组成。
2022年3月29日
（一）应变式称重传感 器的选择
1.自制式：浙江黄 岩测试仪器厂的电阻应 变片BHF120-1AA 5元 （高精密），BX1201AA 1.2元（精密）。 应变梁用开孔钢梁。
2022年3月29日
2、称重传感器
LSM -1K-B型高精度超 薄型压向力称重传感器
日本美蓓亚（NMB）集 团公司生产
N466 （深圳鸿瑞传感仪器有限公司） 额定称重量500g，误差0.05%FS。
2022年3月29日
2022年3月29日
2022年3月29日
LSM-1K-B技术参数：
量程：4.903N～980.7N；零点输出：±0.2 mV/V 额定输出：1.3mV/V±0.7 mV/V；非线性：1%R.O滞 后：1%R.O. 重复性：1%R.O.；满程温漂：2%LOAD/10℃ 零点温漂：2% R.O./10℃；温度范围：-10℃～60℃ 安全载荷：150% 温度补偿范围：0℃～60℃ 最大负载：150%；输入阻抗：350Ω±10Ω 输出阻抗：350Ω±10Ω；绝缘阻抗：＞1000MΩ （50V DC） 激励电压：≤5V DC/VC ；最大激励：8 V DC/VC 导线长度：3m；导线颜色：红（+E）黑（-E）绿 （+S）白（-S） 防护等级：IP60
由于ICL7135对高频干扰不敏感，所以滤 波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。 因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可 以把频率做得很低。
2、模数转换电路
2022年3月29日
外接1V基准源： ICL7135还需要外接基准电源，这是因为芯片内部 的基准源一般容易受到温度的影响，而基准电源的 变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时， 应采用外接基准源。一般接其典型值1V。
电子秤实验报告
实验二电子秤实验报告一、实验原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U O3=KEε（其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到明显改善）。
利用全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始的电子秤。
二、实验数据：三、数据处理：1、输入—输出特性曲线由表1电桥输出电压与加负载重量值数据可画出该电子秤的输入输出特性曲线，如图1所示。
图1 电子秤输入-输出特性曲线由图1可看到该特性曲线是一条直线，第三次测量得到的曲线与第一次测量得到的曲线比较斜率不变但整体下移了一小段，而第二次测量为它们的过渡阶段。
造成该现象的原因可能是因为下一次测量时应变片因为上一次测量产生的形变还未恢复到原来的状态，导致整组测量数据产生了误差。
2、理论拟合直线与非线性误差由表1可知校准次数n=60，设xi 为自变量重量，yi 为因变量电压。
可求得∑xi 60i=1=6600 ，∑yi 60i=1=6.39 ，∑xiyi 60i=1=895 ，∑xi 260i=1=924000已知k =n ∑xiyi −∑xi ∑yi n ∑xi 2−（∑xi ）2b =∑xi 2∑yi −∑xi ∑xiyi n ∑xi 2−（∑xi ）2可得k =0.000970202，b =−0.000222222，因此最小二乘法的拟合直线方程为y =0.00097x −0.00022将各输入值xi 代入上式得到理论拟合直线的各点数值，如表2所示表2 理论拟合直线的各点数值由表2数据可绘出理论拟合直线，如图2所示图2 理论拟合曲线此时比较图1和图2各数值就可得到输出输入校准值与理论拟合直线各相应点数值之间的偏差并由此得出最大偏差±∆max，再由表1数据可求得每组测量数据的满量程输出y FS，最后根据公式δL=±∆maxy FS×100%即可求得该传感器六次测量数据的非线性误差，如表3所示表3 校准值与理论拟合值的偏差求六次测量线性度的平均值最终可得到该传感器的线性度δL=3.4191%4、静态灵敏度灵敏度表示传感器在稳态工作情况下输出量变化量∆y对输入量变化量∆x的比值，即：K=d yd x=d f(x)d x=f‘(x)由公式可看出它就是输出—输入特性曲线的斜率，在这里可用理论拟合直线的斜率代替，因此可得K=0.19378−0.00200−0=9.689×10−4 mv/g5、迟滞误差迟滞指正反行程中输出—输入特性曲线的不重合程度，用最大输出差值∆max与满量程输出y FS的百分比来表示，即δH=±12·∆maxy FS×100%由表1实验数据求得三组正反行程差，最大值为每次测量的最大输出差值∆Hmax，已知y FS1=0.20，y FS2=0.19，y FS3=0.19，由此可得三次测量数据的迟滞误差δH，如表4所示表4 正返程差与迟滞误差求三组数据迟滞误差的平均值最终可得到该传感器的迟滞误差δH=1.7544% 6、重复性误差重复性是指传感器的输入在按同一方向变化时，在全量程内连续进行重复测试时所得到的各特性曲线的重复程度。
电子秤实验报告
60
0.00202 0.00202 0.00202 0.00202 0.00202 -0.00798
80
0.00262 0.00262 0.00262 0.00262 0.00262 -0.00738
100
0.00322 0.00322 0.00322 0.00322 0.00322 -0.00678
得到的曲线比较斜率不变但整体下移了一小段，而第二次测量为它们的过渡阶段。
造成该现象的原因可能是因为下一次测量时应变片因为上一次测量产生的形变
还未恢复到原来的状态，导致整组测量数据产生了误差。
2、理论拟合直线与非线性误差
由表 1 可知校准次数 n=60，设 xi 为自变量重量，yi 为因变量电压。可求得
=
9.689
×
10−4
mv/g
迟滞指正反行程中输出—输入特性曲线的不重合程度，用最大输出差值
∆max 与满量程输出������������������的百分比来表示，即
δH
=
±
1 2
·
∆������������������ ������������������
×
100%
由表 1 实验数据求得三组正反行程差，最大值为每次测量的最大输出差值
比值，即：
K
=
������������ ������������
=
������������(������) ������������
=
������‘(������)
由公式可看出它就是输出—输入特性曲线的斜率，在这里可用理论拟合直线
的斜率代替，因此可得
5、迟滞误差
K
=
0.19378 − 0.00 200 − 0
全桥称重原理
全桥称重原理
全桥称重原理是一种精确测量物体质量的方法，通常用于各种称重设备中，如天平、电子秤等。
它基于电桥（ Wheatstone（Bridge）的原理，利用电阻的变化来检测被称重物体的质量。
原理概述：
1.电桥 Wheatstone（Bridge）：
•电桥是由四个电阻组成的电路，它通常呈平衡状态（ 电桥平衡）。
在平衡状态下，两个对角线上的电压相等，电桥两侧的电压差为零。
2.应变片 Strain（Gauge）：
•应变片是一种电阻，其电阻值会随着外部应变或拉伸而发生微小的变化。
当应变片受力变形时，其电阻值发生改变。
3.全桥结构：
•在称重传感器中，应变片通常被布置成全桥结构，分成两组，每组两个应变片并排放置。
•当被称重的物体施加压力或受力时，应变片会发生微小的拉伸或挤压，导致电阻值的变化。
4.电阻变化和电桥不平衡：
•当被称重物体施加力后，应变片的电阻发生变化，导致电桥产生不平衡状态。
•不平衡状态会产生微小的电压差，此电压差通过放大和处理电路进行检测和测量。
5.质量测量：
•这种微小的电压差与被称重物体的质量成正比，通过电子设备
放大和处理这个信号，可以精确地测量物体的质量。
全桥称重原理利用电阻值的微小变化来检测被称重物体的重量变化，而应变片的微小变形与被称重物体的应力或变形密切相关。
这种结构设计能够提供高精度和可靠的重量测量。
基于全桥测量原理电子秤设计
毕业论文说明书专业（年级、班）设计人指导教师辅导教师2009 年01 月01 日（设计结束日）任务书班级（专业）设计人一、课程设计题目：基于全桥测量原理电子秤设计本设计要求：1.秤重最大50kg。
2.电子显示，显示4位。
3.设计电源电压5V，误差5%。
4.误差0.1kg。
二、要求课程设计自2008 年12 月29 日至2009 年01 月01 日专业教研室主任年月日系、系主任签章年月日指导教师评语：指导教师：年月日前言电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。
本课程设计的电子秤是利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲V改为重量纲g即成为一台原始电子秤。
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，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。
而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，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，进行模数转换，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。
目录1.数字电子秤的基本原理 (1)2.数字电子秤的构成 (1)2.1传感器 (1)2.2三运放大电路 (2)2.3间接比较型模式转换器ADC (3)2.4 CT74LS290计数器介绍 (5)2.5 集成二进制—七段译码驱动器介绍 (6)3.设计总结 (8)4.附录 (9)5.参考文献 (11)数字电子秤简介电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。
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毕业论文说明书专业（年级、班）设计人指导教师辅导教师2009 年01 月01 日（设计结束日）任务书班级（专业）设计人一、课程设计题目：基于全桥测量原理电子秤设计本设计要求：1.秤重最大50kg。
2.电子显示，显示4位。
3.设计电源电压5V，误差5%。
4.误差0.1kg。
二、要求课程设计自2008 年12 月29 日至2009 年01 月01 日专业教研室主任年月日系、系主任签章年月日指导教师评语：指导教师：年月日前言电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。
本课程设计的电子秤是利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲V改为重量纲g即成为一台原始电子秤。
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，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。
而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，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，进行模数转换，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。
目录1.数字电子秤的基本原理 (1)2.数字电子秤的构成 (1)2.1传感器 (1)2.2三运放大电路 (2)2.3间接比较型模式转换器ADC (3)2.4 CT74LS290计数器介绍 (5)2.5 集成二进制—七段译码驱动器介绍 (6)3.设计总结 (8)4.附录 (9)5.参考文献 (11)数字电子秤简介电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。
1. 数字电子秤的基本原理数字电子秤一般由以下5部分组成：传感器、信号放大系统、模数转换系统、显示器、和量程切换系统。
其原理图如图（1）所示。
图（1）电子秤的测量过程实际是通过传感器将被测物体的重量转换成电压信号输出，放大系统把来自传感器的微弱信号放大，放大后的电压信号经过模数转换把模拟信号转换成数字量，数字量通过显示器显示重量。
2. 数字电子秤的构成2.1 传感器电子秤传感器的测量电路通常使用桥式测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压或电流的变化，这就是传感器输出的电信号。
电桥电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压Uo。
其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。
测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。
图（2）全桥测量电桥图（其中V0输出为0~2mv）激励电压: 9VDC～12VDC ；灵敏度: 2±0.1mV/V输入阻抗: 405±10Ω；输出阻抗: 350±3Ω极限过载范围: 150% ；安全过载范围: 120%使用温度范围: -20℃～+60℃2.2 三运放大电路本次课程设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器。
在许多需要用A/D转换和数字采集系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。
图（3）三运放大电路结构图为使系统产生的误差更小，传统上，设计秤重、测力、转矩及压力测量系统时，输出的数据更精确广泛采用全桥接电阻传感器的方法。
本设计采用全桥测量电路。
大多数桥接传感器都要求较高的激励电压（通常为10 V），同时输出较低的满量程差动电压，约为2 mV/V。
传感器的输出通常由仪表放大器加以放大。
2.3 间接比较型模式转换器ADC（1）双积分ADC简介间接比较型A/D转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间信号，然后再将这个中间信号变换为二进制代码输出。
双积分式ADC就是一种首先将输入的模拟信号变换成与其成正比的时间间隔，然后再在这段时间间隔内对固定频率的时钟脉冲信号进行计数的A/D转换器，所获得的计数值就是正比于输入模拟信号的数字量。
双积分ADC电路由积分器、比较器、计数器、参考电压源、电子切换开关、逻辑控制及CP信号几部分组成，原理框图和积分波形如图（4）示。
图（4-1）原理图图（4-2）积分波形图图（5）所示为双积分ADC原理图，图中S0，S1为模拟开关，控制逻辑包括一个n为计数器，附加触发器Fc，模拟开关驱动电路L0，L1及门G1，G2等。
转换开始前，令转换控制信号Vs=0计数器和附加触发器均置0，S0闭合，电容器充分放电，V01=0。
当Vs=1以后,S0断开，A/D转换开始。
分下面两个阶段：1) 通过2次积分将V i 转换成相应的时间间隔。
转换开始时t=0,S 1与V i 接通， 2) V i 通过R 对C 充电，积分器输出电压负向线性变化，积分器对V i 在0～t 1时间积分。
当t=t 1时, 101110()ii t V V t V dt t RC=-=-⎰式中，V i 为0～t 1时的输入模拟电压的值。
3) 量化编码阶段。
利用计数器对已知的时钟脉冲计数至t 2，完成A/D 转换。
从t=t 1开始，S 1与参考电压—V REF 接通，通过R 对C 反向充电，V 01逐渐上升，经t 2—t 1时间间隔，V 0=0。
20120111211()()()()0i REFREF t t V V V t V t V d t t t t RC RC+=+=--=⎰所以 1221i REFt T t t V V =-=因为V REF 和t 1为定值，所以T 2与V i 成正比，即将V i 变换为与它成正比的时间间隔。
在T 2阶段，将CP （周期为Tc ）送入计数器计数，则21ic c REFT t V N T T V ==•图（5）双积分A/D 装换器原理图由此可见，计数器计数所获得的数字量正比于输入模拟电压。
双积分A/D 转换器工作波形如图（6）所示。
它具有工作性能稳定的优点，输出数字量与积分器时间常数无关，对干扰（如工频干扰等）有很强的抑制作用，但该电路转换速度低。
图（6）双积分A/D 装换器工作波形图2.4 CT74LS290计数器介绍由双积分A/D 装换器转换出的数字脉冲进入CT74LS290计数器中进行计数进位计算其工作原理如下当输入第 1 ～9 个脉冲时，百分位片计数；十分位片、个位片、十位片的 CP 0 未出现脉冲下降沿，因而保持计数“0”状态不变；当输入第 10 个脉冲时，百分位片返回计数 “0”状态，其 Q 3 输出一个下降沿使十位片计数 “1”，因此输出读数为 Q 3'Q 2'Q 1'Q 0' Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 00010000，即计数 “0.10”。
当输入第 11 ～ 19 个脉冲时，仍由百分位片计数，而十分位片保持 “1”不变，即计数为“11 ～ 19”；当输入第 20 个脉冲时，个位片返回计数“0”状态，其 Q 3 输出一个下降沿使十位片计数“2”，即计数为“0.20”。
以后以次类推。
当输入第101～109个脉冲时，十分位片计数；个位片的 CP 0 未出现脉冲下降沿，因而保持计数“0”状态不变；当第110个脉冲时，十分位片返回计数 “0”状态3Q ''输出一个下降沿使个位片计数 “1”， 因此输出读数为321032103210Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q ''''''''''''=000100000000，即计数“1.00”当输入第111～119个脉冲时，仍由十分位片计数，而个位片保持 “1”不变，即计数为“111 ～ 119”； 当输入第120 个脉冲时，十分片返回计数“0”状态3Q ''输出一个下降沿使十位片计数“2”，即计数为“2.00”。
以后以次类推。
由个位向十位进位时步骤和上面一样。
综上所述，该电路构成 10000 进制四位异步加法计数器。
图（7）计数器工作原理图2.5 集成二进制—七段译码驱动器介绍30Q Q ⋅⋅⋅⋅⋅⋅'''输出的信号分别进入集成二进制—七段译码驱动器中，集成二进制—七段译码驱动器的使用端BI/RBO 、LT 和RB 的功能如下所述：消隐（灭灯）：输入BI 在低电平时有效。
当BI 为低电平时，不论其余输入状态如何，所有输出无效，数码管七段全暗，无显示。
可用来使显示的数码闪烁，或与某一信号同时显示。
在译码时，BI 应接高电平或悬空（TTL ）。
灯测试（试灯）：输入LT 在低电平时有效。
在BI/RBO 为高电平的情况下，只要LT 为低电平，无论其输入时什么状态，所有输出全有效，数码管七段全亮。
可用来检验数码管、译码器和有关电路有无故障。
在译码时，LT 应接高电平或悬空（TTL ）。
脉冲消隐（动态灭灯）：输入RBI 高电平或悬空（TTL ）时，对译码器无影响。
在BI 和LT 全为高电平的情况下，当RBI 为低电平时，若输入的数码是十进制的零，即0000，则七段全暗，不加以显示；若输入的数码不是十进制的零，则照常显示。
显示数码时，有些零可不显示。
例如，003.80中百位的零可不显示，则十位的零也可不显示。
小数点后第二位的零，如不考虑有效数字的零称为冗余零。
脉冲消隐输入RBI为低电平，就可使冗余零消隐。
脉冲消隐（动态灭灯）：输出RBO和消隐输入BI共用一个管脚，当它用作输出端时，与RBI配合，共同使冗余零消隐。
以3位的十进制的零是否要显示，取决于百位是否为零，有否显示。
这就将要用图（8）电路中的RBO进行判断。
在RBI和A3、A2、A1、A0全为低电平时，RBO输出低电平；否则，输出高电平。
百位为零（及百位的A3、A2、A1、A0全为低电平），而且被消隐（及百位的RBI 也为低电平），则百位的RBO和十位的RBI全为低（因为二者连在一起），其余数码照常显示。
若百位不是零，或是未使零消隐，则百位的RBO和十位的RBI全为高电平，使十位数的零不具备消隐条件，而好其他数码一起照常显示。