传感器手提秤课程设计

传感器课程设计报告格式要求

电信08-4班姓名姜萍

学号0806110406

1，课程设计的教学目的

（1）培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。

（2）巩固所学的专业技术知识，培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力，培养初步的独立设计能力；

（3）通过课程设计实践，使学生掌握各类传感器的基本原理、主要性能及其结构特点；能合理地选择和使用传感器；掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法；了解传感器的发展动向。同时使学生初步掌握检测技术的各种检测手段和获取信息的各种分析方法和应用方法。培养学生设计、研制和应用自动检测系统和装置的基本能力。

2，课程设计的教学要求

加强学生基本功训练，做到理论与实际相结合，继承与创新相结合，充分发挥学生的主观能动性与教师因材施教、严格要求相结合，抓智力因素教育与非智力因素教育相结合，教书育人。

（1）要有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精的工作态度。要敢于创新，勇于实践，注意培养创新意识和工程意识。

（2）广泛查阅相关资料，独立、认真设计，对有抄袭他人设计图纸（论文）或找他人代画设计图纸、代做论文等行为的弄虚作假者一律按不及格记成绩，并根据学校有关规定予以处理。

（3）掌握课程的基本理论和基本知识，概念清楚，设计计算正确，结构设计合理，实验数据可靠，软件程序运行良好，绘图符合标准，说明书（论文）撰写规范，内容叙述准确，字迹工整，条理清晰，画图符合标准。答辩中回答问题正确。

（4）针对设计重点进行论述与说明，如为何选择、如何选择、重点参数的计算、如何进一步改进等。特别要突出自己的新认识、新体会、新观点。文中符号、图、表要统一标准。

应变片制作的便携式电子手提称

1，总体设计方案

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。ADC0809 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。

基本工作原理框图如下：

图 1-1 基本工作原理框图

电路方框图如下：

图1-2 电路方框图

2，硬件的设计

2.1，传感器的选择

2.1.1， 电阻应变式传感器的组成以及原理

电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变

式传感器

输出信号 三运放大电路放大信号

显示电路 A/D 转换电路

传感器 三运 放大器 ADC0809 A/D 转

换器 8031 8155 LED 显示器

电阻应变片和测量线路两部分组成。常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。

电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，所以测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：

A.电阻丝温度系数引起的。

B.电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。

对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。

图2-1应变式传感器安装示意图

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，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 out＝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改善。

2.1.2，电阻应变式传感器的测量电路

电阻应变式传感器工作原理

电阻应变式压力计是电测试压力计中最常用的一种。它是将应变电阻片（金属丝、箔式或半

导体应变片）粘贴在测量压力的弹性元件表面上，当被测压力变化时，弹性元件内部应力变形，这个变形应力使应变片的电阻产生变形，根据所测电阻变化的大小来测量未知压力。

应变式压力计是基于电阻应变效应的原理即电阻丝在外力的作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化。

设有一根电阻死，其电阻率为ρ，长度为l ,截面积为S ，在未受力时的电阻值为

R=ρS

l ----- 公式一

图2-2 金属丝伸长后几何尺寸变化

如图二所示，电阻丝在拉力F 作用下，长度l 增加，截面S 减少，电阻率ρ也相应变化，将引起电阻变化△R ，其值为

R R ∆=l l ∆—S S ∆＋ρ

ρ∆ ----公式二 对于半径r 为的电阻丝，截面面积S=2r π，则有s s ∆=r r ∆2。令电阻丝的轴向应变为l l ∆=ε，径向应变为=∆r r －μεμ-=∆)(l l ，ε由材料力学可知，为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得

R R ∆=（1+2ρ

ρεμ∆+) ------公式三 通常把单位应电所引起的电阻相对变化称为电阻丝的灵敏系数，其表达式为

K =ερ

ρμε∆++=∆)21(R

R ----公式四

从公式四可以明显看出，电阻丝灵敏系数K 由两部分组成：受力后由材料的几何尺寸受力引起)21(μ+；由材料电阻率变化引起的1)(_ερρ∆。对于金属丝材料，1)(_ερρ∆项的值比)21(μ+小很多，可以忽略，故μ21+=K 。大量实验证明，在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即为常数。通常金属丝的=1.7～3.6。公式四可写成

R

R ∆=K ε -----公式五