传感器综合实验--电子称的设计与制作

5）电容中C1选用云母电容或瓷介电容。
3、制作
1）电子线路的制作 元件布置：横平竖直，间距适当； 锡焊：控制焊点大小，注意虚焊； 2）变形钢件的制作 可用普通钢锯条制作，先将锯齿磨平，再将锯条加 热弯成“U”形，并在对应位置钻孔，以装显示部件。 然后再进行淬火和表面处理，秤钩粘于钢件底部。应 变片用应变胶粘剂粘接于钢件变形最大的部位。
思考题
l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。 2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义? 3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时， 应当采用何种测量方法? 如何进行? 4.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到 5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至 2.5V，求该仪器的灵敏度。
3. 线性度与非线性误差 线性度是用实测的检测系统输入—输出特性曲
线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比
来表示的，如下图所示。 线性度可用非线性
ymax
Δ L max
误差来表示，计算式为：
1 2
m Ef 100% YFS
0
xmax
4. 迟滞
迟滞特性表明检测系统在正向和反向行程期间， 输入—输出特性曲线不一致的程度。如右下图所示。 通过实验，找出输出量的 这种最大差值，并以满量程 输出YFS的百分数表示， 如下式：
4) 应变片测量电路
R1 R2
E
R3
V
R4
R2 R4 R1 R3 V E ( R1 R4 )(R2 R3 )
5)应用：测力
6)标准产品
7)案例：桥梁固有频率测量
案例：电子称
原理 将物品重量通过悬臂梁转化结 构变形再通过应变片转化为电 量输出。
1.5 电子称的制作 1、原理 如图所示， 采用E350~ZAA 箔式应变片，
A r
2
金属丝：
dR dl 2dr d R l r
金属丝体积不变：
dr dl r l
有：
dR d 2 R
金属丝应变片：
对金属材料，导电率不变：
dR (1 2 ) R
应变计
金属应变计
半导体应变计
dR dl 2dr d R l r
简化为：
dR d E R
• 优点：灵敏度大;体积小; • 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
3) 应变片的主要参数
几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示。 电阻值：应变计的原始电阻值。 灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 其它表示应变计性能的参数（工作温度、 滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏 度等）。
4、调试 1）在秤体自然下垂无负载时调RP1，显示为零； 2）再调整RP2，使秤体承担满量程2千克时显示满 量程值；
3）然后在秤钩下悬挂1千克的标准砝码，观察显示
器是否显示1.000，如有偏差，可调整RP3值，使之 准确显示1.000；
4）重新进行2、3步骤，使之均满足要求为止；
5）准确测量RP2、RP3值，用固定精密电阻代替；
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:
物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信 号变换。如:水银温度计。 结构型：依靠传感器结构参数的变化实现信号转变。
5.传感器的命名 由主题词加四级修饰语构成。 主题词——传感器； 第一级修饰语——被测量，包括修饰被测量的定语； 第二级修饰语——转换原理，一般可后续以“式”字； 第三级修饰语——特征描述，指必须强调的传感器结 构、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特 征，一般可后续以“型”字；
其常态阻值为
350Ω。
2、元件选择 1）IC1选用ICL7126集成块；IC2、IC3选用高精
度低温标精密运放OP-07；IC4选用LM385－1.2V。
2）传感器RI选用E350－ZAA箔式电阻应变片，其 常态阻值为350Ω。
3）各电阻元件宜选用精密金属膜电阻。
4）RPI选用精密多圈电位器，RP2、RP3经调试 后可分别用精密金属膜电阻代替。
通常以百分数表示。引用误差
r0

L
100 %
如果以测量仪表整个量程中，可能出现的绝
对误差最大值δm代替δ，则可得到最大引用误差
r0m。
r0 m
m
L
100 %
对一台确定的仪表或一个检测系统，最大引用 误差就是一个定值。
1.4 电阻应变应变片
电阻应变片基于金属导体的应 变效应，即阻值随机械变形的变化 而发生变。
2)按工作原理分类:
机械式,电气式,光学式，流体式等。
切削力测量应变片
动圈式磁电传感器
3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型. 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
y ymax
1
m Et 100% YFS
ΔH max
2
0
xmax
1.2 检测系统的基本组成
一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感 器、测量电路和显示记录装置等几部分组成。检测 系统的组成框图如下 ：
指示仪
被测量
传感器
测量 电路
记录仪
电源
数据处 理仪器
1.3 相对误差 相对误差是仪表指示值的绝对误差δ与被测量真
项目一：电子称的设计与制作
技能训练目标要求:
1.了解传感器的作用与工程应用情况
2.了解传感器的分类
3.了解应变片的原理与用途
4.学会应变测量电路的设计与制作 5.掌握电桥测量电路的制作要领
1.1
传感器基础知识
1.1.1
概述
Leabharlann Baidu
1.定义
传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些 信息转换成可用信号的机械电子装置。如下图所示:
1) 工作原理
金属应变片的电阻R为
R l / A
l
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
代入
l dR dl 2 dA d A A A R l / A

dl dA d dR R R R l A
有：
dR dl dA d R l A
第四级修饰语——主要技术指标（量程、精确度、灵
敏度等）。
1.1.2 传感器的主要特性参数
1.灵敏度 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量
变化和引起此变化的输入量变化的比值。它是输
入与输出特性曲线的斜率， 如右图所示，可表示为：
y
dy s dx
dy dx
0
x
2. 分辨率
分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量 最小变化值的能力。输入量从某个任意值缓慢增 加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输 入量就是分辨率。可以用绝对值，也可以用量程 的百分数来表示。灵敏度愈高，分辨率愈好。
值x0的比值，常用百分数表示，即
x x0 r 100% 100% x0 x0
相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程 度。在上面的例子中:
0.001 r1 100 % 0.01% 10

r2
0.01 100 % 0.005 % 200
引用误差是绝对误差与仪表量程上的比值，
物理量
电量
2.传感器的组成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器 件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换 输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进 行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。如下 图的温度电阻。
d V
3.传感器的分类
1)按被测物理量分类 常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩