称重传感器原理课程设计

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1、课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位:学号Xx学生姓名Xx专业（班级）Xx设计题目精密四应变片称重传感器信号调理电路设计设^计技术参数设计要求工作JQ-里工作计划参考资料指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年月日燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日答辩小组评语：成绩：组长：年月日课程设计总成绩：答辩小组成员签字:目录第1章摘要1第2章引言2第3章基本原理3第4章参数设计及运算54.1结构设计54.2电容设计与计算84.3其他参数的计算104.4测量电路的设计12第5章

2、误差分析14第6章结论16心得体会17参考文献18第1章摘要在分析重力传感器信号特性的基础上，模块化地设计了称重传感器信号的调理电路并对其进行了仿真实验。结果表明：电路能实时、准确地处理信号，且工作稳定，可靠，重复性好，抗干扰能力强，可实现精密测量的目的。第2章引言随着现代数据采集系统的不断发展，对高精度信号调理技术的要求也越来越高。由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题,因此它的信号通常不能被控制元件直接接收，这样一来，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且其电路设计的优化程度肓接关系到数据采集系统的精度和稳定性。在称重

3、传感器信号检测中，检测精度受到诸多因素的影响，其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素Z-O电桥输出与激励电压成正比，因此，激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。并H现场工作环境恶劣，可能存在粉尘、振动、噪声以及电磁干扰等,称重传感器输出的儿百微伏至儿十毫伏信号极易受到干扰。所以研究抗干扰能力强、实时性好的信号变送和传输技术对保证检测精度具有重要意义。第3章电路结构设计3.1信号处理电路的要求分析测量电阻有两种简单的方法：一种是在电阻上通过恒定电流，并测量电阻两端的电压，这需要精密电流源和精密电压表。电流的任何变化都将视为电阻

4、的变化。此外，阻性传感器的功耗尽可能的小，以确保自身散热不造成误差。另一种是利用电阻电桥测量微小电阻变化，电桥由连成四边形的四个电阻组成，其中一个对角接激励电压源，而另一个对角接电压检测器，检测器将测量两个分压电阻屮点间的电压。这种电桥电路在实际屮可以根据输出电压直接观测出电阻差。第一种方法要求驱动电流必须小，但是这又限制了该方法的测量精度。根据设计要求精密四应变片称重传感器应采用流行的电压驱动型电桥，既第二种方法，这样就确保了检测信号的精确度和线性度。3.2信号处理电路的结构设计综合了称重传感器信号特性及仿真实验，按第二种方法设计了调理电路,其结构如图1所

5、示。其中称重传感器采用传感器，提高检测精度和使加卸载曲线对称；调理电路采用5V参考电压芯片AD588,使输出为符合设计要求的电压输出，精密齐纳二极管型参考源AD588对温度变化具有极低的激励漂移和增益。调理模块采用精确度高、使用简易、噪声低的仪用放大器AD620.保证了信号调理器的精确度和稳定度。图1信号调理模块结构图3.2.1传感模块全器件变化电桥通常釆用分立设计，并组装在一个模块内•当对这类电桥进行调理时,必须采用特殊的技术以确保精度.特别需要注意的是必须确保电桥激励电压源的精度和稳定度.电桥输出与激励电压成正比，因此激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出

6、出现相应的漂移.因此，我们设计的精密四应变片称重传感器的电桥具有六个引脚:两个与电桥输出端相连，两个与电桥激励源相连，还有两个是传感器引脚•为了充分利用传感器单元额外引脚带来的精度补偿，设计出了开尔文（或称4线）传感电路•它采用六线电压驱动型连接和精密运放，将导线电阻引起的误差降至最低,图2开尔文传感器系统该电路中激励电压VB并未驱动电桥，而是先与上精密运放的输入端相连，该运放在电桥的(+)输入端构成反馈回路.尽管在+FORCE引脚处会受远程电缆电阻的影响而出现明显压降，但是通过运放+SENSE引脚的反馈回路将自动校正.该反馈网络的功能是保持远程电桥上节点电

7、压为精确的％•下精密运放驱动电桥的(-)输入端于此类似.同样的,-FORCE引脚处的压降将被来自-SENSE引脚的反馈校正.在这两种情况中，传感器引脚都与运放的高阻抗输入端相连，因此能够最大限度的减小因偏置电流在导线电阻上引起的压降•运放能确保传感器引脚(+)和(-)始终等于VB,从而保证远程电桥所需的激励电压精确不变.开尔文传感器电桥能有效抑制因导线电阻引起的误差.3.2.2稳压模块稳压模块主耍由比较先进的精密齐纳二极管型参考源AD588构成,AD588具有较低的初始误差，对温度变化具有极低的激励漂移和增益，用于精密测量,能够为系统提供5V的稳定的参考电压

8、.3.2.3电流缓冲模块在设计开尔文传感电路时，有一