电子称设计与制作.pptx
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1、学习情境学习情境2 电子称设计与制作电子称设计与制作任务任务2 电子秤的设计与制作电子秤的设计与制作 金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院主要内容主要内容设计要求设计要求1仿真设计仿真设计2软件设计软件设计3实物制作实物制作4金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院设计步骤设计步骤12354任务分析任务分析确定方案确定方案仿真设计仿真设计软件设计软件设计系统调试系统调试6实物制作实物制作金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院1 1、设计要求、设计要求设计一种小型、简便、精确度高的电子设计一种小型、简便、精确度高的电子平台秤,量程平台秤,量程
2、20Kg20Kg,分度值为,分度值为20g20g,它用一个,它用一个显示窗口来显示所称物体的重量。显示窗口来显示所称物体的重量。基本功能:置零、超重报警基本功能:置零、超重报警可选功能:去皮、标定可选功能:去皮、标定金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院v 置零:在开机或称重过程中,仪表显示偏离零置零:在开机或称重过程中,仪表显示偏离零点且在称重范围内,则可按点且在称重范围内,则可按 置零置零 键,显示零值并键,显示零值并零点指示灯亮。零点指示灯亮。v 去皮:在称重显示状态下,按去皮:在称重显示状态下,按 去皮去皮 键,则显键,则显示零值并去皮指示灯亮;在去皮状态下,拿掉皮重
3、示零值并去皮指示灯亮;在去皮状态下,拿掉皮重物时按物时按 去皮去皮 键,可以清除皮重值。键,可以清除皮重值。v 标定功能:为保证仪器预定精度的可靠性和合标定功能:为保证仪器预定精度的可靠性和合法性,仪器必须定期校准,为用户提供一种方便的法性,仪器必须定期校准,为用户提供一种方便的自动校准方式。自动校准方式。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院电子秤的组成电子秤的组成 1 1电子秤的基本结构电子秤的基本结构 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量(电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量(重量)的测量仪器,也可用来确定与质量相关的其它量重量)的测量仪器,也可用来确定与质量相
4、关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成:均由以下三部分组成:图图2-1 电子秤的基本结构电子秤的基本结构金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院(1 1)承重、传力复位系统)承重、传力复位系统 它是被称物体与转换元件之间的机械、传它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统,又称电子秤的秤体,一般包括力复位系统,又称电子秤的秤体,一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。挂连接部件和限位减振机构等。金华职业技术学院信息工程
5、学院金华职业技术学院信息工程学院电子秤的组成电子秤的组成(2)(2)称重传感器称重传感器 即由非电量(质量或重量)转换成电量的转即由非电量(质量或重量)转换成电量的转换元件,它是把支承力变换成电的或其它形式的适换元件,它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。按照称重传感器的结构型式不同,可以分直按照称重传感器的结构型式不同,可以分直接位移传感器(电容式、电感式、电位计式、振弦接位移传感器(电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等)和应变传感器(电阻应变式式、空腔谐振器式等)和应变传感器(电阻应变式、声表面谐振式)或
6、是利用磁弹性、压电和压阻等、声表面谐振式)或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。物理效应的传感器。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院电子秤的组成电子秤的组成对称重传感器的基本要求是:输出电量与对称重传感器的基本要求是:输出电量与输入重量保持单值对应,并有良好的线性关系输入重量保持单值对应,并有良好的线性关系;有较高的灵敏度;对被称物体的状态的影响;有较高的灵敏度;对被称物体的状态的影响要小;能在较差的工作条件下工作;有较好的要小;能在较差的工作条件下工作;有较好的频响特性;稳定可靠。频响特性;稳定可靠。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院电子秤
7、的组成电子秤的组成(3)(3)测量显示和数据输出的载荷测量装置测量显示和数据输出的载荷测量装置 即处理称重传感器信号的电子线路(包括放即处理称重传感器信号的电子线路(包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等)和指示部件(如显示、打印、元件、保护线路等)和指示部件(如显示、打印、数据传输和存贮器件等)。这部分习惯上称载荷测数据传输和存贮器件等)。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中,通常量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中,通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、包括前置放大、滤滤、运算、变换、
8、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。控制和驱动显示等环节。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院图图2 电子秤测量系统的结构框图电子秤测量系统的结构框图金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院电子秤的工作原理电子秤的工作原理当被称物体放置在秤体的秤台上时,其重量便通过秤体传当被称物体放置在秤体的秤台上时,其重量便通过秤体传递到称重传感器,传感器随之产生力电效应,将物体的重量递到称重传感器,传感器随之产生力电效应,将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系一般成正比关系)的电的电信号信号(电压或电流等电压或电流
9、等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模再由模/数(数(A/D)器进行转换,数字信号再送到微处器的)器进行转换,数字信号再送到微处器的CPU处理,处理,CPU不断扫描键盘和各种功能开关,根据键盘输入不断扫描键盘和各种功能开关,根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器,需要显示时,软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器,需要显示时,CPU发出指令,从内存贮器中读出送到显示器显示,或送打印发出指令,从内存贮器中读出送到显示器显示,或送打
10、印机打印。一般地信号的放大、滤波、机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。算处理都在仪表中完成。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院电子秤的计量性能电子秤的计量性能电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有:量电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有:量程、分度值、分度数、准确度等级等。程、分度值、分度数、准确度等级等。(1 1)量程:电子衡器的最大称量)量程:电子衡器的最大称量MaxMax,即电子,即电子秤在正常工作情况下,所能称量的最大值。秤在正常工作情况下,所能称量的最大值。(2 2)分度值:电子秤的测量范围被分成若干等)
11、分度值:电子秤的测量范围被分成若干等份,每份值即为分度值。用份,每份值即为分度值。用e e或或d d来表示。来表示。(3 3)分度数:衡器的测量范围被分成若干等份)分度数:衡器的测量范围被分成若干等份,总份数即为分度数用,总份数即为分度数用n n表示。表示。电子衡器的最大称量电子衡器的最大称量MaxMax可以用总分度数可以用总分度数n n与分与分度值度值d d的乘积来表示,即的乘积来表示,即Max =n Max =n d d金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院准确度等级准确度等级国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成成、四类等级,
12、分别对应不同准确度四类等级,分别对应不同准确度的电子秤和分度数的电子秤和分度数n n的范围,如下表的范围,如下表2-22-2所示:所示:金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院电子秤主要部件电子秤主要部件 v称重传感器称重传感器称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置,称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置,被喻为电子秤的心脏部件,它的性能好坏很大程度被喻为电子秤的心脏部件,它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的器产生的误差约占电子秤整机误差的50%70%50%70%。若。若在环
13、境恶劣的条件下(如高低温、湿热),传感器在环境恶劣的条件下(如高低温、湿热),传感器所占的误差比例就更大,因此,在人们设计电子秤所占的误差比例就更大,因此,在人们设计电子秤时,正确地选用称重传感器非常重要。时,正确地选用称重传感器非常重要。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院常用的各种称重传感器称重传感器的种类很多,根据工作原理来分,称重传感器的种类很多,根据工作原理来分,常用的有以下几种:电阻应变式、电容式、压磁式常用的有以下几种:电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。、压电式、谐振式等。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院 电阻应变式称重传感
14、器是把电阻应变计粘贴在电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上,然后以适当的方式组成电桥,将弹性敏感元件上,然后以适当的方式组成电桥,将力(重量)转换成电信号的转换元件。力(重量)转换成电信号的转换元件。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院v 电容式称重传感器是把被称物体的重量转换为电容式称重传感器是把被称物体的重量转换为电容器容量变化的一种传感器,它以各种不同类型电容器容量变化的一种传感器,它以各种不同类型的电容量作为转换元件,实际是一个具有可变参数的电容量作为转换元件,实际是一个具有可变参数的电容器。由于电容式传感器存在输出特性的非线的电容器。由于电容式传
15、感器存在输出特性的非线性,寄生电容、分布电容对灵敏度和称重精度的影性,寄生电容、分布电容对灵敏度和称重精度的影响,传感器连接电路比较复杂等问题,直接影响到响,传感器连接电路比较复杂等问题,直接影响到它的可靠性,所以限制了它的应用。它的可靠性,所以限制了它的应用。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院 压磁式称重传感器也称磁弹性传感器,它是一种力压磁式称重传感器也称磁弹性传感器,它是一种力电转换的无源传感器。它的工作原理是利用压磁效应,将电转换的无源传感器。它的工作原理是利用压磁效应,将被称重量的变化转换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电被称重量的变化转换成传感器导磁体的导磁率
16、变化并输出电信号。信号。压磁传感器具有输出信号大,抗干扰性能好,承载能力压磁传感器具有输出信号大,抗干扰性能好,承载能力强,不均匀载荷对测量准确度的影响小,能在恶劣的环境中强,不均匀载荷对测量准确度的影响小,能在恶劣的环境中工作,结构简单便于加工等优点;缺点是准确度低,反应速工作,结构简单便于加工等优点;缺点是准确度低,反应速度慢。它常用于冶金、矿山、运输等工业部门的这种要求承度慢。它常用于冶金、矿山、运输等工业部门的这种要求承受大吨位,并要求牢固可靠;安全报警等测力或称重场合。受大吨位,并要求牢固可靠;安全报警等测力或称重场合。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院v 谐振
17、式称重传感器也称频率式传感器,它是利谐振式称重传感器也称频率式传感器,它是利用机械振子的固有频率或石英晶体的谐振特性,随用机械振子的固有频率或石英晶体的谐振特性,随着被称物体重量的变化产生频率变化现象而形成信着被称物体重量的变化产生频率变化现象而形成信号的一种传感器。谐振式传感器可分为振弦式、振号的一种传感器。谐振式传感器可分为振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶体谐振式等多梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶体谐振式等多种类型。种类型。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院电阻应变式称重传感器v电阻应变式称重传感器包括两个主要部分,一个电阻应变式称重传感器包括两个主要部分
18、,一个是弹性敏感元件,利用它可以将测得的重量转换是弹性敏感元件,利用它可以将测得的重量转换为弹性体的应变值;另一个是电阻应变计,它作为弹性体的应变值;另一个是电阻应变计,它作为传感元件将弹性体的应变,同步地转换为电阻为传感元件将弹性体的应变,同步地转换为电阻值的变化。值的变化。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院v在电阻应变式称重传感器中,通过桥式电路将电在电阻应变式称重传感器中,通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感器的工作原理框图如图器的工作原理框图如图3所示。所示。图图2-3 电阻应变式称重传感器的工作原理
19、框图电阻应变式称重传感器的工作原理框图金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院图4 桥式测量电路电阻应变式称重传感器的桥式测量电路如图电阻应变式称重传感器的桥式测量电路如图4所示。所示。R1、R2、R3、R4为为4个应个应变片电阻,组变片电阻,组成了桥式测量成了桥式测量电路,电路,Rm为为温度补偿电阻温度补偿电阻,e为激励电为激励电压,压,V为输出为输出电压。电压。金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院v当传感器不受载荷时,弹性敏感元件不产生应变当传感器不受载荷时,弹性敏感元件不产生应变,粘贴在其上的应变片将不发生变形,阻值不变,粘贴在其上的应变片将不发生变形
20、,阻值不变,电桥平衡,输出电压为零;当传感器受力时,电桥平衡,输出电压为零;当传感器受力时,即弹性敏感元件受载荷即弹性敏感元件受载荷P时,应变片就会发生变时,应变片就会发生变形,阻值发生变化,电桥失去平衡,有输出电压形,阻值发生变化,电桥失去平衡,有输出电压。当应变片的电阻。当应变片的电阻R1、R2、R3、R4变成变成R+R1、R+R2、R+R3、R+R4时,电时,电桥的输出电压变为:桥的输出电压变为:金华职业技术学院信息工程学院金华职业技术学院信息工程学院v电桥的输出电压和电桥的输出电压和4个桥臂的应变片所感受的应个桥臂的应变片所感受的应变量的代数和成正比。在电阻应变式称重传感器变量的代数和
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