电子配料秤

电子配料秤
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工业大学
电子技术基础课程设计（论文）题目：电子配料秤
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课程设计（论文）任务及评语
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课程设计
（论文）
题目
电子配料秤
课程设计（论文）任务设计任务：
1.在工业生产中，经常需要将不同物料按一定重量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。

2.设计电路所需的直流稳压电源。

功能要求：
1.配料精度优于百分之一。

2.配料重量连续可调，料满自动停止加料。

3.工作稳定可靠。

设计要求：
1 .分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2 .确定合理的总体方案。

对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3 .设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

指
导
教
师
评
语
及
成
绩
成绩：指导教师签字：
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目录
第1章电子配料秤设计方案论证 (1)
1.1电子配料秤的应用意义 (1)
1.2电子配料秤设计的要求及技术指标 (1)
1.3 设计方案论证 (1)
1.4 总体设计方案框图及分析 (2)
第2章电子配料秤各单元电路设计 (3)
2.1 传感器驱动电路的设计 (3)
2.2 传感器的设计 (3)
2.3 料重指示器的设计 (4)
2.4 放大电路的设计 (5)
2.5 比较器电路的设计 (7)
2.6 直流稳压电源的设计 (7)
第3章电子配料秤整体电路设计 (9)
3.1 整体电路图及工作原理 (9)
3.2 电路参数计算 (10)
3.3 整机电路性能分析 (10)
第4章设计总结 (11)
参考文献 (12)
第1章电子配料秤设计方案论证
1.1电子配料秤的应用意义
配料工序是工厂中关键性环节。

配料是采用特定的配料装置，按照材料配方的要求，对多种不同品种的材料原料进行准确称量的过程。

配料装置的核心设备是电子配料秤。

配料秤性能的好坏，将直接影响配料质量的优劣。

在电子配料秤的使用当中，人们常用配料精度来评定配料秤的性能好坏。

配料精度实际上是对称量结果与真值的接近程度的一种描述，也就是对配料系统误差与随机误差的一种反映。

采用微机控制进行称重配料，可以对称量误差进行自动补偿，保证配料的准确性，还可以通过微机的键盘和显示器方便地进行人机对话，完成参数设置，检查和修改工艺设定值，并监视称重配料的生产过程，发现故障及时报警。

使用微机还可以调用管理程序，通过建立的模型自动完成对称重配料系统的控制。

因此，采用微机控制称重配料系统，可降低原料消耗，提高产品质量，实现生产过程的科学管理。

而电子配料秤成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。

1.2电子配料秤设计的要求及技术指标
1. 配料精度优于百分之一。

2. 配料重量连续配可调，料满自动停止加料。

3. 工作稳定可靠。

1.3设计方案论证
方案一：其电路构成主要有传感器驱动电路，差分放大电路，比较器电路，首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，再将模拟信号放大传送。

其次，由比较器把由差分放大器电路把传感器输出的微弱信号与预设的信号进行一定比较从而得到配料的多少．
方案二：通过秤重电桥产生电压信号，经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片AD7799进行A/D转换，转换后的数字量输入单片机，有单片机进行数据处理和对A/D转换的控制，再有单片机输出显示信号，通过显示电路进行显示。

此方案的优点是可控制性好，电路简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限。

但要求是用我们所学的数字电路知识，运用简单数字芯片进行设计，单片机需要编写程序进行数据处理。

故我们不采用。

由于次电路过于复杂．这里采用第一种方案．
1.4总体设计方案框图及分析
首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，再将模拟信号放大传送。

其次，由比较器把由差分放大器电路把传感器输出的微弱信号与预设的信号进行一定比较．
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，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差分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，对输入信号电平的要求。

传感器
执
行
机
构
比
较
器
放
大
电
路
料
重
指
示
直流稳压电源
第2章电子配料秤各单元电路设计
2.1传感器驱动电路的设计
如图所示为压力传感器的驱动电路，A1与晶体管VT构成驱动电路，这里采用VT进行电流放大，由稳压二极管VS的稳压电压Uz通过A1加到RP上，因此RP上的电压等于稳定电压Uz.于是Iz=Uz/RP.由于电压Uz恒定不变，因此，输出电流Iz有RP来决定。

这样，调节RP1的阻值就能够得到供给给压力传感器所需要的电流Iz.
2.2传感器的设计
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。

它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。

电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。

金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。

其工作原理通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

电阻应变片的结构，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。

根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。

而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。

一般均为几十欧至几十千欧左右。

2.3料重指示器的设计
可选用电压跟随器和电流表构成，电压放大器的输出信号作为输入信号加于电压跟随器（射极输出器）的输入端，在射极串接一流表M测试电流的数值，重物（所加物料）愈重，则M的指示读数愈大。

我们选用射极输出器作为电压跟随器。

它是由三极管共集电极组成的放大器。

电压放大倍数略小于一，电压跟随性好，输入阻抗高，输出阻抗低。

2.4放大电路的设计
如图所示A1,A2为压力传感器的放大电路采用两个运算放大器构成的差分放大电路，增益Av=R3/R4。

差分放大电路的基本性能是指差放对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力。

(1)差模电压增益
差模电压增益分为单边差模电压增益A vds1(或A vds2)和总差模电压增益A vd ,它们定义为：
id od vds V V A 11=或id
od vds V V A 22= （2-2-1） id
od v d V V A = (2-2-2) 可见，在电路参数相同的条件下，若为差放双端输出方式时，差模电压增益和单管放大电路相同；而单边差模电压增益为单管放大电路的一半。

(2)差模输入电阻
差模输入电阻分为单边差模输入电阻Rids 和双端差模输入电阻Rid 。

Rids 是指从
一个输入端到地之间看进去的输入电阻，定义为
11id id ids I V R =
（或 2
2
id id ids I V R =） （2-2-3） ids id
id
id R I V R 2==
（2-2-4） (3)差模输出电阻
差模输出电阻分为单边差模输出电阻Rods 和总差模输出电阻Rod 。

Rods 是指从一个输出端到地之间看进去的输入电阻，Rod 是指从两个输出端看进去的输入电阻。

(一)对差模输入信号的放大作用
当差模信号v Id 输入(共模信号v Ic =0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即v I1=－v I2=v Id /2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压v od1、v od2大小相等、极性相反，此时双端输出电压v o =v od1－v od2=2v od1=v od ,可见，差放能有效地放大差模输入信号。

要注意的是：差放公共射极的动态电阻R em 对差模信号不起(负反馈)作用。

(二)对共模输入信号的抑制作用
当共模信号v Ic 输入(差模信号v Id =0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即v I1=－v I2=v Ic ,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压v oc1、v oc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压v o =v oc1－v oc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。

此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

2.5比较器电路的设计
+
+++=OM REF T
V R R R R R V R V 2
12211
比较器是用来比较输入信号Vi 和参考电压Vref 的电路．比较器的门限电压随输出电压的变化而变化，可以用来控制加料的多少． 比较器的基本特点:(1) 工作在开环或正反馈状态。

(2) 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。

(3) 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。

从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图9.4.3所示。

当输入电压Vi 从零逐渐增大，且Vi<VT 时，Vo=Vom,VT 称为上限触发电平。

2.6 直流稳压电源的设计
1)．电源变压器：
将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。

2)．整流电路：
将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量。

3)．滤波电路：
滤除脉动电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。

该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。

4)．稳压电路：
它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。

它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。

第3章电子配料秤整体电路设计
3.1整体电路图及工作原理
首先，输入电压在精密稳压源上产生一个稳定的参考电压，接到由运放组成的比较电路的正端输入脚。

输出电压经过电阻分压之后反馈至运放的负输入端。

运放的输出电
压控制达林顿管的发射极电压，得到所需的高度稳定的支流电压。

调节RP1的阻值就能够得到供给给压力传感器所需要的电流Iz．
差模信号v
Id 输入(共模信号v
Ic
=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即v
I1
=
－v
I2=v
Id
/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增
量，即差模输出电压v
od1、v
od2
大小相等、极性相反，此时双端输出电压v
o
=v
od1
－v
od2
=2v
od1
=v
od
,
可见，有效地放大差模输入信号。

共模输入信号具有很强的抑制能力。

此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

最后比较输入信号Vi和参考电压Vref的电路．比较器的门限电压随输出电压的变化而变化，可以用来控制加料的多少。

3.2电路参数计算
SP30C系列压力传感器的额定压力，对于501为+-0.5/kgf/cm*cm，对于102为+-1.0kgf/0+-20mv;
使用温度范围为-20到+80C;
满标度电压为60到140mv;
失调电压为0+-20mv;.
桥电阻为5K+-1K;
驱动电流为1mv.电路中的A1构成恒流源电路,调节RP2为SP30C传感器提供1mA的驱动电流.
由于SP30C无电零电路,因此用A2构成调零电路,调节RP1使输入为0时输出也为A3到A5构成仪用放大器对SP30C的输出信号进行放大.
3.3整机电路性能分析
其电路构成主要有测量电路，差分放大电路，比较器电路。

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，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差分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，对输入信号电平的要求。

该电路简单、明了，该电路中最重要的是电阻应变式传感器，是整体电路的核心。

第4章设计总结
电子配料秤成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。

在生产生活中占有重大的意义。

本设计主要应用传感器，放大器。

尤其是传感器应用相当广泛，值得我们去学习。

通过课程设计，我了解了很多电路原理，也明白了很多的器件都是我们学过的一些模电的基本电路组成的，而且懂得了如何辨别电路中各个部分的作用。

对模拟电子技术的认
识得到了进一步的提高。

针对模拟电子技术书本知识得到了进一步的巩固，具体化就是加深了我对模电原理的结构的理解，加强了我应用所学知识的能力。

我的收获很大。

通过课程设计和在设计过程中遇到的问题的思考，有效的提高了我对电子电路的认识和理解，切实的提高了我的认知模电原理的能力，补全了我的不足，提高了思考问题的能力，也加强了动手的能力。

通过这次课程设计，我巩固所了学过的知识，能用学过的功放，运放，负反馈设计电路解决课设中所遇到的困难。

通过这次实际动手能力的培养，我进一步熟悉了电路的结构和各元件使用方法，基本达到了能辨别电路功能，设计简单的应用电路的水平。

以前对一些电子器件不太了解，通过这次课设我明白了其实电子器件也是通过我们所学的简单电路原理而制成的，对电路又有了新的认识，对以后学习电路提高了理解能力。

参考文献
1：常健生主编检测与转换技术机械工业出版社 1997
2：陈尔绍编著传感器使用装置人民邮电出版社 1999
3：沙占友主编智能仪表原理、使用与维修电子工业出版社 1991
4：周培森主编自动检测与仪表清华大学出版社 1986
5：凌志浩编著智能仪表原理与设计技术华东理工大学出版社 2003
附录：器件清单录：器件清单
个数器件名称型号器件
参数
稳压管Vz 6V 1
电阻R 1K 4
电阻RP1 RP2 1K 各1个
电阻RP3 100K 1
电阻R1 R3 33K 各1个
电阻R2 22K 1
电阻R4 R5 R6 R7 R9 10K 各1个
电阻R8 0.1K 1
放大器A1 A2 A3 A4 10 各1个
放大器A5 A6 1 各1个
压阻式应
1 变传感器
电容CB1 CB2 各1个。