发布时间 : 星期五 文章基于应变片的电子秤设计 - 图文更新完毕开始阅读24c4f2060740be1e650e9acf
《检测技术》课程设计——基于应变片的电子秤设计报告
当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。
当忽略电源的内阻时，由分压原理有：
uo?uBD?uAB?uAD
?E(R1R4?)R1?R2R3?R4R1R3?R2R4E?(R1?R2)(R3?R4)= （2.2）
当满足条件R1R3=R2R4时，即
R1?R4R2R3（2.3）
uo=0，即电桥平衡。式（2.3）称平衡条件。
应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。
若差动工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R，R4=R+△R,按式（2.2），则电桥输出为
??(R??R)2Euo??(R??R)?(R??R)??(R??R)?(R??R)??R?ER?(R??R)2??k?E
题目要求称重范围0～10Kg,满量程量误差不大于?0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重
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5Kg。我们选择的是电阻应变片压力传感器，量程为10Kg，精度为0.01% ，满足本系统的精度要求。
2.2.2 前级放大器部分
采用专用仪表放大器，如：AD620，INA126等。
此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。
如AD620,接口如下图所示：
AD620仪表放大结构图
电路的工作原理：A1，A2工作在负反馈状态，其反相输入端的电压与同相输入端的电压相等。即RG两端的电压分别为VIN+,VIN-。因此
Ig=Vin+-Vin-/RG
设电阻R1=R2=R，则A1，A2两输出端的电压差为 U12= Ig（R1+R2+Rg） =(Vin+-Vin-)(1+2R/Rg) 比较两式可得：
VO=-U12=-(Vin+-Vin-)(1+2R/Rg)
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则放大器的增益Av为
Av=Uo/(Vin+-Vin-) =-(1+2R/Rg)
可见，仅需要调整一个电阻Rg就可以方便的调整放大器的增益，由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。
在接口图中，通过改变可变电阻R3的阻值，来改变放大器的增益，放大器的计算公式如下：
G=49.4KΩ/R3+1
AD620具有体积小，功耗低，精度高，噪声低，和输入偏置电流偏低的特点。其最大输入偏置电流为20nA，这一参数反应了他的高输入阻抗。AD620在外接电阻R0时，可实现1到1000内的任意增益，工作电源范围为+-2.3到+-18V，最大电源电流为1.3mA，最大输入失调电压为125uV，频带宽度为120Khz（在G=120）
2.2.3 A/D转换模块
A/D转换器选用的原则：
1、A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低。在系统中，A/D 转换器的分辨率应比系统允许引用误差高一倍以上。
2、A/D 转换器的转换速率。不同类型的A/D 转换器的转换速率大不相同。积分型的转换速率低，转换时间从几豪秒到几十毫秒，只能构成低速A/D 转换器，一般用于压力、温度及流量等缓慢变化的参数测试。逐次逼近型属于中速A/D 转换器，转换时间为纳秒级，用于个通道过程控制和声频数字转换系统。
3、是否加采样/保持器。
4、A/D 转换器的有关量程引脚。有的A/D 转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。
5、A/D 转换器的启动转换和转换结束。一般A/D 转换器可由外部控制信号启动转换，这一启动信号可由CPU提供。转换结束后A/D 转换器内部转换结束信号触发器置位，并输出转换结束标志电平。通知微处理器读取转换结果。
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6、A/D 转换器的晶闸管现象。其现象是在正常使用时，A/D 转换器芯片电流骤增，时间一长就会烧坏芯片。为防止这种现象，可采取如下措施：
（1）加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路；
（2）加强电源稳压滤波措施， 在A/D 转换器电源入口处加退耦滤波电路，为防止窄脉冲波窜入在电解电容上再接一高频滤波电容；
（3）在A/D 转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定在允许范围内，以防止烧坏器件。
选择A/D 转换器除考虑上述要点外，为防止对A/D 转换器的技术指标的影响，还要注意以下几个问题：
（1）工作电源电压是否稳定； （2）外接时钟信号的频率是否合适； （3）工作环境温度是否符合器件要求； （4）与其它器件是否匹配； （5）外接是否有强的电磁干扰； （6）印刷线路板布线是否合理。
由上面对传感器量程和精度的分析可知：A/D转换器误差应在3g以下。 12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g； 14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g；
考虑到其他部分所带来的干扰，12位的A/D转换器无法满足要求。所以我们需要选择14位或者精度更高的A/D转换器。
方案一 逐次逼近式A/D转换器，如：ADC0809等。
逐次逼近型A/D转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高，功率比较低，是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准和内部时钟，基于51系列单片机结构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。
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