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1、 传感器与自动检测技术课程设计 专业:电气工程及其自动化 目录 第一章，设计方案介绍 设计 设计要求 称重系统框图 第二章汽车电子秤的设计 称重系统的结构组成 称重车身设计 称重系统的主要技术参数 03 部件的选择 电子秤的具体设计 电子秤的安装 第 3 章电子秤的调试和验证 电子秤的调试 电子秤的检定 第四章电子秤的操作与维护 电子秤的操作 维护保养 故障分析 第 5 章，设计评审 经验之谈 参考文献 第一章设计方案简介 汽车衡，又称地磅，是工厂、矿山和商业中用于测量散装货物的主要称重设备。20 世纪 80 年代以前，普通汽车衡一般是利用杠杆原理纯机械构造的机械汽车衡，也称为机械地磅。20
2、世纪 80 年代中期，随着高精度称重传感器技术的成熟，机械地磅逐渐被精度高、稳定性好、操作方便的电子汽车衡所取代。汽车衡的标准配置主要由承重传力机构(秤体)、高精度称重传感器和称重显示仪表三个主要部分组成，这样就可以完成汽车衡的基本称重功能。根据不同用户的要求，可选择打印机、大屏幕显示器和计算机管理系统，以满足更高层次的数据管理和传输的需要。高精度称重传感器是汽车衡的核心部件，起着将重量值转换成相应的可测电信号的作用。它的质量直接关系到整个秤的质量。一.设计能力 1.设计一台 100 吨汽车电子秤；2.称重设计；3.传感器选择；4.掌握电子秤的设计、组装和调试方法；5.采用电阻应变传感器；二、
3、设计要求 1.测量周长:100 吨左右；2.输出信号的处理；三。称重系统框图 第二章汽车电子秤的设计 一、称重系统的结构组成 汽车电子秤主要由称重平台、称重传感器、连接件、限位装置、称重显示器和接线盒等组成。也可以选择打印机、大屏幕显示器、电脑、稳压电源等外接设备。二、规模的设计 1.称重设计图如下:2.称重系统组成序列号的描述列表如下:序列号 名字 量 解释 序列号 名字 量 解释 一个 称重平台 2 六 计算机 一个 可选配件 2 限位装置 2 七 指示仪器 一个 三 传感器 六 八 大屏幕 一个 可选配件 四 接线盒 2 九 打印机 一个 可选配件 五 连接键 六 10 稳压电源 一可选
4、配件 个 三。称重系统主要技术参数 1.汽车衡主要技术参数(1)最大称量:100T(2)(台面尺寸:3.418m(3)精度等级:三级)3 W6 Q6 P-H-z T|，k3 n-j0-500e 0.5e(0-20T 20kg)$u(w 3 A$D500-2000e 1e(20-80 吨 40 公斤)；P*D-r.T！p2000e 1.5e(80T 60kg)(4)()()最大分度:n=3000&r&y#_，y6|-U9 D$x，y o0 D(5)检定分度:E=40kg+W&R D/M-E()(6)显示分度:D.RH(8)相对湿度小于 95%的电源:220VAC(-7%+7%)50Hzv#2 w
5、1 c5 K(9)具有调零、自动零点跟踪、断电数据保护、故障自诊断等功能 2.传感器的主要技术指标(1)最大量程:20T(2)()()灵敏度:2mV/V(3)综合误差:0.03%j:u.w+w5c+k#r8 e2n(4)安全过载:150%(5)输入阻抗:375 1(6 (8)安全侧载荷:100%(9)极端过载:400%(10)个传感器:6 个 四。组件选择 1.称重传感器的选择 该测压元件是电阻应变仪测压元件。电阻式称重传感器就是基于这个原理:弹性体(弹性元件，敏感梁)在外力作用下发生弹性变形，使附着在其表面的电阻应变片(转换元件)也发生变形。电阻应变片变形后，其电阻值会发生变化(增大或减小)
6、，然后电阻的变化会被相应的测量电路转换成电信号(电压或电流)，从而完成外力转换成电信号的过程。电阻应变式传感器称重范围为 300g 至数千 kg，测量精度为 1/1000 1/10000。结构简单，可靠性好。最电子衡器使用这个传感器。选择称重传感器时，应考虑许多因素。在实际使用中，主要考虑以下几个因素。此外，灵敏度、最大分裂度、最小值检定分度值等等，也是选择传感器时必须考虑的指标。(1)传感器的数量和范围 根据电子秤的用途和电子秤需要支持的点数来选择传感器的数量(支持点数应基于电子秤的几何形状。重心以及重心与实际重心重合的原理)。一般来说，秤体有几个支撑点时，选用几个传感器。传感器的量程选择可
7、以通过对秤的最大称量值、选用的传感器数量、秤的重量、最大偏载和动载系数的综合评价来确定。一般来说，传感器的测量范围越接近分配给每个传感器的负载，称重精度越高。然而，在实际使用中，由于施加在传感器上的载荷包括秤的自重、皮重、偏心载荷、振动和冲击等。，应考虑许多因素以确保传感器的安全性和寿命。这里有一个经过大量实验验证的。经验公式。公式如下:C=K0K1K2K3(Wmax+W)/N c 型是单个传感器的额定范围。秤的自重 wmax-称重物体的最大净重 n 秤体采用的支撑点数量 0-保险系数，一般在 1.2-1.3 之间。K1 冲击系数 K2 称重体重心偏移系数 K3 风压系数 所以这个实验要选择
8、100t 的量程。(2)传感器精度等级的选择 称重传感器的精度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、迟滞和灵敏度等技术指标。在选择时，不要盲目追求高档传感器，要考虑电子秤的精度水平和成本。一般来说，所选传感器的总精度是非线性、不重复、迟滞三个指标之和，均方根值略高于刻度的精度。(3)各类传感器的应用范围和用途 称重传感器的选择主要取决于称重的类型和安装空间，以确保正确安装和安全可靠的称重。另一方面，考虑厂商的建议。就传感器制造商而言，一般规定了传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构形式、弹性体材料。例如，铝合金悬臂传感器适用于电子计价秤，平台规模，案秤等等；钢制悬臂传感器适用于电子皮带秤、
9、分拣秤等。；钢桥传感器适用于轨道衡，汽车衡等等；柱式传感器适用于汽车衡，动态轨道衡、大吨位漏斗秤等。称重传感器主要应用于各种电子秤、工业控制领域、在线控制、安全超载报警、材料试验机等领域。如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态轴重秤、电子钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配料秤、罐装秤等。(4)使用环境 称重传感器实际上是一种将质量信号转化为可测量的电信号的输出设备。使用传感器时，首先要考虑传感器的实际工作环境，这对传感器的正确选择非常重要。它关系到传感器能否正常工作，关系到它的安全性和使用寿命，甚至关系到整个衡器的可靠性和安全性。通常，高温环境会导致传感器熔化涂层材料和焊点。
10、开化以及弹性体应力的结构变化；灰尘和湿度对传感器短路的影响:在强腐蚀环境中，传感器的弹性体会损坏或短路；电磁场会干扰传感器输出。在相应的环境因素下，我们必须选择相应的称重传感器来满足必要的称重要求。传感器等级的选择必须满足以下两个条件:(1)满足仪表输入的要求。称重仪表将传感器的输出信号放大并进行A/D转换后显示称重结果。因此，传感器的输出信号必须大于或等于仪器要求的输入信号，即传感器的输出灵敏度要代入传感器与仪器的匹配公式，计算结果必须大于或等于仪器要求的输入灵敏度。(2)满足整个电子秤的精度要求。电子秤主要由秤体、传感器和仪表组成。在选择传感器的精度时，传感器的精度应略高于理论计算值。因为
11、理论往往受到客观条件的限制，如秤体强度差、仪器性能差、秤的工作环境恶劣等。，都直接影响秤的精度要求。所以要从各方面提高要求，也要考虑经济效益，保证目标的达成。本设计选用TU力和压力称重传感器，外部结构如下:主要特点:从 50 公斤到 1000 公斤。准确度等级:0.2%全不锈钢结构 防腐 防护等级:IP67(DIN40050)2.称重显示仪表的选择 该衡器的结构包括:放大电路、A/D转换、与控制面板相连的单片机、显示部分、打印部分和串行通信部分。本文讨论了模拟信号与量化部分，即输入信号、放大电路和A/D部分之间的关系。(1)集成运算放大器 称重仪器中使用的放大器均为高精度集成运算放大器(如OP
12、177、OP277、MAX422 等。)，具有高分贝、低失调、低温度漂移、高共模抑制比等特点。称重传感器输出的差模信号的正极连接到运算放大器UP的非反相输入端，负极连接到运算放大器UN的反相输入端。运算放大器的同相和反相输入电阻都是Ri，加上反馈电阻Rf，那么相减后的输出电压Uo=(Rf/Ri)(UP-UN)，增益Av=Rf/Ri。调整反馈电阻，以匹配Uo和A/D转换器的模拟信号电压电平。由于仪器中的运算放大器采用几乎固定的增益和A/D模拟输入信号范围，根据上式，仪器的最大输入信号范围Ui如下:Ui=UP-UN=(A/D模拟信号范围)/(运算放大器增益)(2)模数转换器 16 位-A/D芯片多
13、用于称重仪器，理论上可以将采集到的模拟信号(上面讨论的Uo)分成 216(65536)等份。每一个模拟信号(=1/65536)相对于基准电压对应一个数字量，从而实现模数转换的功能。在不考虑其他因素的情况下，A/D的输出信号可视为仪表代码的转换范围。将运算放大器和A/D一起考虑，不难得出如下结论:仪器的A/D可以看作是对其额定输入信号进行等分。在实际应用中，输入信号往往很难接近其额定输入信号，甚至有的达不到仪器输入信号范围的一半，不利于整个产品的精度，浪费仪器的资源。当然，有用的信号平分越多越好，可以提高产品的精度和可调性。因此，XK3190DM1 仪器选择如下:仪器的基本功能:(1)高精度A/
14、D转换，可读性为 1/50000；2)方便显示调用代码，而不是灵敏度权重的观察分析容差；3)零点跟踪范围和零点设定(启动/手动)范围可单独设定；4)刻度值自动切换:可通过参数设置选择双刻度称重；5)非线性校正和动态速度补偿；6)快速填充称重单打印功能设置；7)称重记录的存储/检查/删除/断电保护；8)(M1P)集高速汉字微型打字；9)采用光电隔离等多种抗干扰保护措施，使仪器具有更强的抗干扰性；电子秤的特殊设计 1.传感器接线图 电子秤的测量电路通常采用电桥测量电路，将应变电阻的变化转化为电压或电流的变化，即为可利用的输出信号。桥式电路由四个电阻组成，如下图所示:当电子秤的传感器没有负载时，电桥
15、的电阻应该是平衡的，即电桥的初始平衡输出应该为零。但实际上桥式电路各臂电阻值不可能绝对相同，接触电阻和导线电阻也不一样，导致输出不为零。因此，调零电路必须设置为平衡初始状态，即输出为零。2.特定电路设计 3.电路的工作原理 当被测物体放在秤上时，其重量通过汽车衡传递到称重传感器，传感器产生应变效应，将物体的重量转换成与被测物体重量有一定函数关系的电信号。该信号由放大器电路放大、滤波，然后由 A/D 转换器转换。数字信号被送到微处理器的 CPU 进行处理。CPU 不断扫描键盘和各种开关，根据键盘的输入容量和各种功能开关的状态进行必要的判断和分析，并通过仪器仪表的软件控制各种操作。运算结果送到内存
16、，需要显示时，CPU 发出指令，从内存中读取并发送到显示器显示，或者发送到打印机打印。一般信号放大、滤波、A/D 转换、信号处理都在仪器中完成。不及物动词电子秤的安装 1.秤体的安装条件(1)起重机的吨位由单位秤的最大重量和工作现场的情况决定。建议按照单位秤重量的 1.5 2倍选择起重机型号。(2)千斤顶、水准仪、钢卷尺和装配工常用工具。(3)M1 级重物 2.秤体的安装顺序如下:(1)开箱:尽量在安装现场用工具开箱，开箱时注意不要损坏箱内部件。(2)清点:根据装箱单清点零件。当拆包后未立即安装时，所有部件应放在一起，以防丢失。(3)检查基础尺寸是否符合基础图中规定的尺寸。(4)根据图纸，绘制
17、基本中心线和相关位置线。(5)根据总装配图安装底座。(6)用直尺检查每个传感器的安装位置，确保对角线公差不大于 3mm，长宽公差不大于 2mm。(7)将垫片放在底座下，并调整高度和水平。A.每个底座上平面的高度差不超过1 毫米。B.底座上平面的水平误差不大于1/100。(8)提升载具。(9)调整好托架的位置后，拧紧接头处的螺母。(10)根据接线图进行连接。(11)调整纵向和横向限位螺栓，使螺栓头和挡板之间的间隙不超过4 至 5 毫米。(12)底座四周用混凝土固定，以丰富底板下方的空间。3.有关注意事项 检定合格后，定期检查称重的准确性。一般称重显示器预热 3O 分钟，下班后停止称重显示器时必须
18、切断电源。称重显示器通电时，不允许拔下电缆插头，称重操作人员必须仔细阅读操作说明。磅秤上的车速低于 5km/h，然后车辆缓慢刹车。车辆停止后，测量开始。车辆应在磅秤上直线行驶，并尽可能保持在磅秤的中心。秤周围的间隙中不得有异物。经常检查间隙读数是否符合要求，传感器紧固螺栓是否松动。水垢要经常清理，表面油漆要定期重涂。禁止在磅秤上进行电弧焊，应根据环境条件定期检查称重仪表和传感器，以免受潮湿或不良气体侵蚀，影响可靠性。衡器应远离热源和振动源，使用环境中不应有易燃易爆气体或粉尘。感性负载(如电铃)不应放在称重仪器的同相线上。如果发现衡器有故障，应迅速切断电源，然后通知专业部门和专业技术人员进行维修
19、。未经允许，不得随意拆卸底盘，不得随意更换零件。第三章电子秤的调试和验证 一、电子秤的调试 1.用数字电压表依次测量电子地磅各称重传感器的输出电压。如果有不一致的地方，调整接线盒中相应的两个精密可调电阻，以减小它们之间的差异。但是，调整量必须注意，两个可调电阻器应该以相同的方向和量旋转。顺时针旋转时，电阻减小，输出电压增大，显示值增大，反之，则相反。直到电子地磅的每个称重传感器的输出相同。一般可以用重量法进行调试，即把最大称量重量的1/10 依次放在电子地磅承重台的中心和每个称重传感器上方的承重台上，用实差法精确测出每个称重传感器输出的差值。同时，分别调节电子地磅每个称重传感器对应的两个精密可
20、调电阻，以减小差异，但旋转方向和旋转量相同。2.查阅电子地磅称重显示器使用说明书(专业技术手册)，检查各种功能键的正确性，提高电子地磅的称重精度。3.电子地磅关键点调试完毕后，将相当于最大称重能力的砝码均匀加到电子地磅承载台上。按照各种称重显示器说明书中介绍的位置和方法，显示值与重量值一致后，取下砝码，确认空秤显示“0”。最后，将最大称量分为几个部分，必须包括最小称量、最大称量和公差变化的每个称量点。要求电子地磅各点的称重误差不大于各称重点的最大公差要求。二、电子秤的检定 1、检查项目(1)传感器和延长电缆完好无损，接头无氧化腐蚀。(2)中央接线盒完好，无变形，密封不良。(3)信号电缆屏蔽层接
21、地良好，信号线对地绝缘电阻必须大于 5 m。(4)称重显示仪表外观良好，接线正确，无松动。(5)汽车衡的秤台没有变形。2.调试前的准备(1)、调试重物、起重设备和叉车到现场。(2)熟悉称重显示仪表的操作说明。0(3)给系统通电，预热仪器 15 分钟。3.调试顺序(1)卸载调整(角度差调整):卸载调整可以在仪器进入称重状态后进行。用一定的重量(一般是最大重量的五分之一)按顺序按角度，使每个角度显示值的误差不超过允许误差。如果误差超过允许误差，可以通过修改角度系数进行调整，直到八边形显示一致。八角系数也可以通过自动调整角度系数来调整。3 余。Y7F，N(2)，零基准调整:8 z4 N7 x6？在现
22、场首次安装或维护汽车衡后，必须重新确定零点基准。当称重平台为空时，按“零”键，或进入菜单执行零点校准。(3)量程调整:在使用量程调整功能之前，必须设置标准校准。虽然测试砝码的最小值不一定大于满量程的 10%，但实际使用的所有砝码都应该是 c9 J0 S/N S+t d0 l！b 可能更多；输入零点校准；将已知的硅代码加载到秤台上，并执行量程校准。第四章电子秤的操作和维护 一.使用说明 1.衡器安装后，经当地计量部门或国家授权的计量部门检定合格后，方可投入使用。2.使用前，先检查秤体是否灵活，各支撑部件的性能是否良好。3.仪器开机后，零点稳定后才能使用。4.车辆进入磅秤时(或尽量轻放重物)，速度
23、应小于 5km/h，然后慢慢刹车，待车辆停稳后再测量。5.尽可能保持在天平的中心。6.当“稳定”指示灯亮起时，仪表读数必须显示正确的重量值。第二，维护 l、为保证系统测量的准确性，不受风雨侵蚀，利于操作，要求设置工棚和测量秤房。2.秤台与引道斜坡连接处应有 10-15 毫米的间隙，不允许碰撞或摩擦。3、测得的卡车重量不应超过系统的额定称重值。4、为了保证衡器的正常计量，应定期对其进行校验。5、不得有异物卡在秤下。6.称重操作人员必须经过培训才能操作。维修人员在掌握必要的知识之前，不得随意拆卸任何部件，以免影响测量精度或损坏系统。7、使用仪器的操作人员，必须详细消化和吸收仪器说明书，掌握基本原理
24、，熟悉仪器维护方法后才能正式操作和使用。8.系统通电前，必须检查电源和接地装置是否可靠。停止工作时，必须拔掉仪器插头，切断电源。三。故障分析 1.不归零(不归零，不称重):(1)检查传感器输出信号值是否在标准内。(A/D的总放大码/使用码圈/底码圈)；(2)如不达标，请参照第10 项进行补偿；(3)如果无法补偿，请检查传感器是否有缺陷。(请根据第8)项进行测试)d)请根据手册中的说明进行重量校正。2.称重不准:(1)观察码值是否稳定，传感器各部分是否有摩擦，稳压电源是否稳定，运放电路是否正常，A/D电路电路板有无异物，反馈电阻/电容/滤波电容是否不良或漏电；(2)检查传感器的输出信号值是否符合
25、标准。(3)如不达标，请参照第10 项进行补偿。3.显示不良:(1)用手将正常LCD引脚与维修秤LCD并联，然后开机，看正常LCD上是否有同样的不良情况。如果不是，可以断定是液晶坏了；(2)检查 CPU引脚有无氧化、冷焊或短路；(3)3)LCD的引脚和孔是否氧化、冷焊或短路。第五章设计审查 电子秤课程设计经验:这次的任务是用四周时间设计一个汽车电子秤。接到这个任务的时候，我觉得很复杂。看着这个课程设计，我感慨良多。这次设计让我学到了很多以前没学过的东西，同时也巩固了以前学过的知识，让我收获颇丰。在设计的过程中，可以说困难重重。毕竟这是第一次设计传感器课程，难免会遇到各种问题。在设计的过程中，我
26、发现了自己的不足，对所学的知识理解的不够深入，掌握的不够牢固。也提醒自己要更加努力学习，扩大知识面。通过这次课程设计，我对相关软件的使用有了进一步的了解。同时，我们还通过查阅相关资料、咨询指导老师、与同学讨论等方式来验证所设计电路的性能。同时，计算机能力也得到了提高。课程设计最重要的是耐心。在做这个题目的时候，我们会不断的搜索资料，用软件画图等。遇到困难会找老师同学一起解决。这一次，我真的知道自己有很多缺点，有很多东西要学。我相信通过以后的努力，我应该把精力放在以后的课程上，不要盲目学习，不断提高自己的能力。参考资料:1九卿。数字式智能称重传感器的开发与应用J衡器2004 年第 5 期；报纸，1999，(2)。2吴奇峰。基于光纤传感的车辆动态称重检测系统的研制(D)。海事大学，2006;3徐书宏主编，传感器原理与设计基础；机械工业，1988；4探测与传感技术，人民邮电出版社主编:白群、齐 5百度搜索数据。