033实验题目：应用传感器设计电子秤

设计报告

题目：应用传感器设计电子称系别：电气信息工程系

班级：建筑电气与智能化

——实验题目：应用传感器设计电子秤

摘要：

本实验的主要内容是通过对霍尔氏传感器的应用，设计出一款电子秤，并通过本实验得到该电子秤与标准电子秤之间的误差度。

关键词：

霍尔氏传感器、电子秤、传感器应用、设计、误差度

引言：

传感器的定义是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转化成可用输出信号的器件或装置。传感器起到信息收集、信息数据的转化作用。本实验采用的是霍尔氏传感器，利用霍尔传感器将被测物体的质量转化成电信号，由电信号与质量间的线性关系从而得出被测物体的质量。

实验目的：

1了解霍尔式传感器的结构、工作原理。

2学会用霍尔式传感器设计电子称。

实验仪器：

CSY——910型传感器系统：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、螺旋测微头、振动平台、主副电源。

实验原理：

设计电子秤的基本原理是：不同质量的被测物，会引起传感器不同的反应，把这种反应通过特定的方法或电路转换为电压。一般情况下是利用它们的线性变化关系，在被测物的质量与电压之间建立起对应关系，测出电流电压值，从而就可以得到被测物的质量。

霍尔传感器是有两个产生梯度磁场的环形磁钢和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。霍尔元件通过恒定电流时，霍尔电势的大小正比于磁场强度，当霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电压U取决于其在磁场中的位移量，所以测得霍尔电压的大小便可获知霍尔元件的静位移。若将一个圆盘（即称重平台）和霍尔元件相连，就把霍尔元件的静位移和圆盘上的物体的质量对应起来，也就是说把霍尔电压的大小和圆盘上的物体的质量对应起来，据此就可以设计一种电子秤。

B=f（x）(一)

U H=K H IsB（二）

由公式可以看出电压U也是关于位移x的函数，不同质量的物体放在传感器的托盘上所引起的位移是不同的，因而可以通过不同位移的所显示的电压值来确定这个位移所代表的质量。

霍尔电压、位移、物体质量三者之间关系图

实验内容：

1)首先将差动放大器调零，用连线将差动放大器在正（+）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式F/V表显示为零，关闭主、副电源。调好后，增益旋钮可以动，但调零旋钮不可再动。

2)根据图1连线，W1、r为电桥单位的直流电桥平衡网络的一部分。装好测微头与振动台吸合，并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。

图1

3)经指导老师检查无误后，开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。

4)上下旋动测微头各3mm左右，每变化0.5mm读取相应的电压值，并记入到表1中，

指出线性范围，求出霍尔片的位移与显示电压之间的线性关系。

表1 霍尔式传感器的直流激励特性数据

5)卸掉测微头，调节W1使电压表指示为零，将一个砝码放到托盘上，读出显示电压，并填入表2中。

6)继续放一个砝码放到托盘上，读出显示电压，填入表2中。共累计放5个砝码到托盘上，将显示电压填入表2中。

7)根据表2内的数据，求出砝码质量与显示电压读数之间的函数关系。

8)并根据步骤4中所得出的霍尔片位移与电压之间的线性关系结合步骤7中所得出的砝码质量与电压之间的关系求得质量与电压之间的转换关系。

9)将待测物体放到托盘上，读出电压表显示数据。

10)根据步骤8中所得到的质量与电压之间的转换关系，由待测物体得到的电压求出待测物体的质量。

11)将待测物体放到标准电子秤上称取物体质量，从而得到实验所设计的电子秤的误差度。

实验数据处理：将数据填入以上表格。

根据表1可以得到下面的坐标图。

根据表2可以得出质量和电压之间的关系式：W=U/x（三）

将待测物体的测量电压代入三中得到待测物体质量。

误差分析。

结束语：

经过本次试验让我更好地理解传感器的实际应用；

通过本次设计实验使我更加了解实践联系实际的正确性；

通过本次设计使我在动手能力得到锻炼的同时充分发挥自己的创新潜能，充分调动我的学习主动性，培养了我的创新能力。

参考文献：张彦纯《大学物理实验》北京：机械工业出版社2009年

河南科技大学有关实验。