小型称重系统的设计

第一章小型称重系统的意义及任务

1.1 小型称重系统的概述及意义

定义：称重系统——把现有各个生产环节的称重设备有机的组合到一个控制系统中，利用现代网络技术进行控制和管理。

狭义的称重系统：利用简单的电子衡器（如：电子台秤，大型汽车衡等）增加控制系统和计算机称重管理软件实现某个生产环节的自动控制和管理功能。比如：企业生产中的配料、包装系统，进行控制、管理，实现称重数据的保存、管理、打印输出等功能。

广义的称重系统：整个工厂的所有称重设备，通过现场总线或局域网方式进行控制和管理，它还可以向上位的MRPII或ERP系统提供数据和预留数据接口。

现在，已经有许多自动化程度较高的企业应用了称重系统，例如：食品加工、石油化工、水泥制造、电力供应等行业。

电子秤基于PLC的称重系统

随着社会科技的发展，称重技术也得到了广泛的应用。称重工具已经从过去的“杆秤”、“磅秤”、“度盘指针秤”发展到现在的“电

子秤”，以后称重工具的发展方向是利用核子技术“非接触测量”的核子秤。现在利用电子秤的多种智能接口和计算机的应用软件技术就可以组成一个功能强大的称重系统。利用这个称重系统就可以有效的提高企业智能化的科学管理，从而提高企业生产过程的管理和科学决策水平，提高企业的综合效益。

1.2 虚拟仪器

虚拟仪器是随着计算机技术、电子测量技术和通信技术发展起来的一种新型仪器.在国外,虚拟仪器技术已经比较成熟了,由于其很强的灵活性,使得该技术非常适用于现代复杂的测试测量系统中。近几年,虚拟仪器技术在国内的发展趋势也越来越收到重视。成熟的虚拟仪器技术由三大部分组：高效的软件编程环境，模块化仪器和一个支持模块化I/O集成的开放的硬件构架，该课程设计的目的就是，通过一些功能简单的仪表系统的设计，要在这三个方面上有更深一步的了解。

1.3 小型称重系统设计的任务

利用金属箔式应变片设计一个小型称重装置。

首先在multisim中设计出应变片的仿真模型和测量电路，然后在labview中利用G语言编程设计显示模块，直接显示称重值，最后把设计好的子VI导入到multisim中以完成整个设计。

本课程设计分为两部分：一、测量电路的原理与设计二：LabVIEW虚拟仪器的设计。这两部分具体要求和功能如下：

一、测量电路的原理与设计

1、 在multisim 中设计出应变片的仿真模型和测量电路。

2、 测量电路包括综合电路的设计和综合电路的仿真。

3、 电压V 用来模拟物体质量m 。 二、LabVIEW 虚拟仪器的设计

1、在LabVIEW 中用G 语言编程设计显示模块，直接显示称重值。

2、将设计好的子VI 模块图标导入到Multisim 中。

1.4 小型称重系统设计的系统框图

本系统总体框图如下：

①电桥电路：将电阻变化率

R

R

转换成电压（或电流）。 ②仪用放大电路：差分放大电路的作用是“滤去噪声，降低漂移”，反向比例放大电路的作用是“将双端输入变成单端输入并放大电压”。 ③比例放大电路：方便调节，并将输出信号反相。

④显示模块：将做好的子VI 模块化，即为综合电路中的XMM1。

电桥电路

仪用放大电路 比例放大电路

显示模块

第二章 测量电路的原理与设计

2.1 模型的建立

电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随着压力的变化而变化。对于金属导体，导体变化

率

R

R

∆的表达式为: R

R

∆≈(1＋2μ)ε

式中：μ为材料的泊松系数；ε为应变量。

通常把单位应变所引起电阻值相对变化称作电阻丝的灵敏系数。对于金属导体，其表达式为:

K 0＝ε

R

R ∆＝(1＋2μ)

所以:

R

R

∆＝K 0ε 在外力作用下，应变片产生变化，同时应变片电阻也发生相应变化。当测得阻值变化为ΔR 时，可得到应变值ε，根据应力与应变关系，得到应力值为: σ＝Eε

式中：σ为应力；ε为应变量（为轴向应变）；E 为材料的弹性模量（kg ／mm 2）。

又知，重力G 与应力σ的关系为

G ＝㎎＝σs 式中：G 为重力；S 为应变片截面积。 根据以上各式可得到：

R R

∆＝ES

K 0mg 由此便得出应变片电阻值变化与物体质量的关系，即

ΔR ＝ES

K 0

Rmg

根据应变片常用的材料（康铜），取K 0=2，E=16300kg∕mm 2，

s=100mm

2

，R=348Ω,g=9.8m∕s ，ΔR=[（2×9.8×348）∕

（16300×100）]m=4.185×103-m 。所以，multisim 可用建立以下模型代替应变片进行仿真。模型如下

在图中，R 1模拟的是不受压力时的电阻R ，压控电阻用来模拟电

阻值的变化ΔR ，V 可以理解为物体的质量m （kg ）。当V 反接时，表示受力相反。

2.2 测量电路的设计及原理

此部分包括电桥部分电路原理、放大电路原理、综合电路设计和综合电路仿真。 2.2.1 电桥部分电路原理

电阻应变计把机械应变转换成∆R/R 后，应变电阻变化一般都很

小，这样小的电阻变化既难以直接精准测量，又不便于直接处理。因此必须采用转换电路，把应变计的∆R/R 变化转换成电压或是电流的变化。通常采用惠斯登电桥电路实现这种转换。 如图所示的直流电桥中

A

B

C

D

R1

R2

R3

R4

R L I o

U o