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1、(完好版)传感器与测试技术毕业课程设计当前位置：文档视界(完好版)传感器与测试技术毕业课程设计(完好版)传感器与测试技术毕业课程设计当前位置：文档视界(完好版)传感器与测试技术毕业课程设计(完好版)传感器与测试技术毕业课程设计二次仪表的输出信号可能是模拟量，可以能是数字量。三次仪表是采用了计算机技术，所以要求二次仪表的输出信号必须是数字信号。三次仪表将进一步对信号进行处理并构成控制量输出。作为规模较小的仪表系统，三次仪表主要是以中央处理器为核心的数字电路，组成智能化仪表。使整个测量系统的性能与功能大大提高。图2所示的以单片机为核心部件组成三次仪表，它大大丰富了电子秤功能。各种各样形式的电子秤的
2、仪表构造都是大同小异的，都必须利用荷重传感器来收集重量信号并变换成相应大小的电信号。电子秤的二次仪表把来自荷重传感器的微弱电压信号进行放大，滤波。这不仅为了提高灵敏度，更重要的是与下一环节的电路进行正确匹配。目前大多数电子秤是数字显示方式，所以模拟信号还必须作模数转换。有了AD转换器的数码信号，就能够进行自动标度变换、自动超载报警、自动数字显示。还能够增加人机对话键盘、与外部设备的数据交换与通信、输出模拟或数字控制信号等功能。由此大大提高了性能。二，设计经过1、荷重传感器电子称传感器的选用荷重传感器的形式有电阻式、电容式、压磁式等多种形式。电阻式传感器又分为金属丝箔式、半导体式，它们各有优缺点
3、及使用范围。大多数电子秤的使用场合是极为普通的室内外的大气层环境，所谓的温度条件是-10C?55C?。选用金属箔式应变片传感器作为电子秤的荷重传感器是最广泛的应用。由于金属箔式应变片在这个温度范围内具有精度高、稳定性好、线性、转换电路简单，成本较低等优点。相对半导体应变片尽管也能适用并且也有不少优点，如灵敏度高，体积小，响应速度快等。但是对温度的敏感，以前一直是它的缺陷，固然目前已经通过激光修补工艺解决了温度补偿问题，可是生产成本高成为广泛使用的阻碍。电容式荷重传感器也是一种可选对象，但是需要稳定的沟通电源作为工作电源，技术要求高，电路复杂，适用于安装空间小，响应速度快的场合。压磁式荷重传感器
4、十分适用于环境温度较高的场合，但是精度不高，仅适用于大吨位秤重。选用荷重传感器的基本要求是：灵敏度高，函数关系呈线性，重复性好，长期稳定。应变片传感器在“传感器与测试技术课程的学习中已经了解了应变效应。利用应变效应能够组成荷重传感器的阐述并不多。如图3所示，为三种常见的应变片荷重传感器。图3金属应变片荷重传感器图a为圆柱式荷重传感器，弹性元件为合金钢材料。图b为梁式荷重传感器，弹性元件为弹簧钢材料。图c为S型剪切式荷重传感器弹性元件为铝合金材料。三种构造形式的荷重传感器均为压缩式受力，根据测重范围的需要，采用不同的弹性模量的材料。通常荷重传感器的测量范围与分辨率是相互制约的，测量范围越大，则分
5、辨率越差。反之，测量范围越小，则分辨率越好。测量桥路一个成品的金属箔式应变片传感器，通常在受应变的弹性元件外表按对称位置粘贴四个同质应变片，以便构成全臂电桥。如图4所示，管式弹性体的贴片位置和测量电桥。全臂电桥的灵敏度最高，线性好，温度补偿性能也比拟好。测量电桥的输出：2-1应变与荷重力的关系：2-2其中，F为荷重力，l为管状体受力长度，r为管状体半径，-1=1送逐次逼近寄存器暂存并供DA转换成相应的模拟电压Vo。这个电压送比拟器与输入电压进行比拟。比拟结果产生两种结果：【1】Vx=Vo：Dn-1=1保留此位，再送Dn-2=1进行DA比拟；【2】Vx较经过是逐位进行的,直到所有位都比拟完毕。当
6、转换结束后,逻辑控制会发出转换结束信号,告诉外部设备,能够读数了.不管转换数字与实际值之间偏差多少,只要最低位一旦确定,这个数字读数就确定了.所以转换精度与数字长度有关;转换时间与数字长度有关;设:每一位的比拟经过需要时间t,若该AD转换器位数为n,则一次转换周期为:T=nt。图13逐次逼近AD转换器的内部构造2.积分型AD转换器积分型AD转换器的特点是:转换精度高,抗干扰能力强,成本低但转换时间长,不能对变化较快的信号进行测量。但仍然被极广泛的应用。1V-F变换型AD转换器这种AD是将被采样的直流电压的平均值转换成单位时间的脉冲数,在采样期间若掺入沟通干扰则通过平均化而获得抑制。图14V-F
7、变换型AD转换器框图工作原理若输入电压为正，经积分器运算，输出为负向变化。供比拟器与V2比拟。当VA0,则积分输出:-=-=-=?)122(1111xVRCVTTRCxVVxdtRCVATA积分周期：T=T1+T2，假如RC很小,VB足够大。T2很小,能够不计。转换频率：)132()(121-=VVRCxVRCVxVTfA理解：【1】VA=V1-V2，在T1时间内积分电压的累计是上下限电压的差。【2】因反向积分输入电压VB）Vx，RC很小，T2非常小。图15V-F变换型AD转换器工作波形(2)定电荷复原型VF转换器基本构造:积分器,比拟器,复位电路。其中复位电路包括:定时器,模拟电子开关,恒流
8、源。开场时,S断开,积分器仅对输入Vx积分。?积分输出Vo1当前位置：文档视界(完好版)传感器与测试技术毕业课程设计(完好版)传感器与测试技术毕业课程设计第二次积分运算:积分器对基准电压进行积分:若积分过零:由此,第二次积分所需的时间:显然,第二次积分所需的时间T2与输入平均电压呈正比。假如转换器的时间长短是由计数器稳频计数来确定的,那么有:【1】转换经过:预备阶段:在外部发出一个启动信号，转换器通过控制逻辑电路完成如下工作：计数器复位;积分电容电荷释放;接通K1输入通道。【2】采样阶段:t=t1，开场对输入电压进行定时积分，打开计数器闸门开场计数。积分时间T1由计数器计满溢出为限。【3】比拟
9、阶段:断开K1接通K2或K3的基准电压输入通道，要求积分运算朝反方向变化。【4】结束阶段:比拟积分同时计数,直到积分输出为零,计数器所计的数N2代表T2的大小。工作波形：图18双积分AD转换器工作波形以型号为MC14433的3位半双积分AD转换器为例：设采样时间T1内的计数脉冲数为2000，基准电压选2000mV。且有：上式表明计数脉冲N2能够直接表示以mV为单位的模拟输入电压。双积分AD转换器的特点：【1】抗干扰能力强：通常工频干扰是环境最大的干扰源，并且会通过输入迭加到真信号作积分运算。令:工频沟通干扰电压窜入输入端:其中:第一项为真实信号,第二项为伪信号,即干扰信号。通过采样定时积分:其
10、中:第一项为真实信号的采样积分,第二项为伪信号的积分,要求通过积分运算消除掉。要知足条件:n=?推导结果讲明:采样时间T1若取工频的整倍数时能够完全消除干扰影响。【2】转换稳定性好：参见定量积分运算关系:BBtBVTVxTRCtVRCTVxdtVRCRCTVx1210101?=?+?-=-?-?上式表明:经过两次运算,结果于积分常数RC似乎无关。那么只要在短时间内积分电阻与积分电容保持稳定,对模数转换的精度不会带来影响。同样对时钟的稳定性要求也不高。3、荷重传感器电子称控制系统的选择在上世纪九十年代之前,单片机技术尚未普及。电子秤仪表仅发展到数字显示，而自动故障诊断、自动调零、数字滤波、键盘操
11、作、数字通讯等功能是无法实现的。自从INTEL公司推广MCS51系列的单片机技术，在国内掀起了一场仪表的革命。由于单片机的系统硬件大大浓缩，体积十分小，所以十分适用于仪表电路的构成，加强了仪表的功能和提高了仪表的性能。不同规格的电子秤,因用处不同,对单片机执行的任务有一定的区别。小型商业电子秤的使用环境比拟好,电源较稳定,电磁干扰小。但是秤量小,为了便于移动,要求电消耗少。通常采用液晶、LED、荧光管作数字显示器件。其中液晶显示耗电少,LED、荧光管作数字显示的亮度高,耗电也明显高多了。液晶显示显示的控制比拟复杂,普通电路难以实现,所以需要单片机来控制。电子秤需要把货物的重量和相应金额形式显示给买方。除了需要运算外，还要求能通过键盘输入当前商品的单价。没有单片机要实现这些功能是特别困难的。大吨位电子秤除了具备小型电子秤的全部功能，还要考虑环境影响。如行车型门式电子秤中的电动机频繁启动与制动引起供电电源的波