称重模块设计

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1、第2章称重模块电路的设计及测试2.1称重模块设计框图供电电源3直流电压表4图2-1称重模块设计框图如图2・1为称重模块设计框图，设计采用外部开关电源对称重模块进行供电o当祛码放置在称重圆盘上时，祛码带给平台的压力施加给称重传感器，传感器的电阻应变片发生形变，导致了电阻的变化，接进全桥电路的时候，本来设计好的平衡电桥平衡会被打破，进而导致了加在电阻两端电压的变化，输出变化的电压信号。但由于这个电压信号很微小，所以采用INA128差分放大电路对信号进行放大，放大后的电压信号通过直流电压表YT5135进行显示，或直接将电压信号输送到PLC模拟量输入端口AI,由PLC主机CPU控制

2、直接进行A/D转换，然后显示在上位机界面。2.2称重模块硬件设计2.2.1称重传感器的选择称重传感器实质上是一种将质量信号转变为可测量电信号输出的装置⑵。选用称重传感器要考虑到它结构和形式的选择。设计的称重平台是要放在实验室的，要嵌入到平台，作为它的一部分，所以要求它不能太占空间，不要求太高,所以选择外形高度较低的悬臂式称重传感器如图2-2所示。其次选择的悬臂式传感器是学生要在实验室用的，如果用的都是大的舷码，学生在做实验过程屮，容易将实验器材损坏，或者造成它灵敏度的降低。所以选择它可测的范围为0・2kg左右，并且设计使用的舷码为每个10g。实验室的温度大概在5-38°C度

3、左右,所以选择传感器的工作温量程要把这个范围包含进去。根据上述特点再加上它的经济型考虑，选择北京福特鑫传感测控技术有限责任公司生产的一款悬臂式称重传感器，表2・1是这款称重传感器的特性列表。754-^5THRU图2-2称重传感器5MM表2-1悬臂式称重传感器的特性综合误差0.02%F・S灵敏度l±0.lmv/v绝缘电阻>=5000MQ(1000VDC)激励电压3VDC-12VDC非线性0.01%F.S温度补偿范围-10°C~+40°C滞后0.02%F.S使用温度范围-20°C~+60°C重要性0.01%F.S零点温度影响0.01%F.S蠕变0.02%F.S灵敏度温度影响0.

4、02%F.S零点输出±1%F.S安全过载范围120%输入阻抗1000±10Q权限过载范围150%输出阻抗1000±5Q如图2・3这种类型的称重传感器有五条输出线。颜色分别为蓝色(blue).口色(white)x绿色(green)＞红色(red)、黑色(black)。其中蓝色线为电压输入端正极，白色线和绿色线都为电压输入端的负极。设置两个电压输入端负极的冃的是为了方便把一个全桥拆成半桥，做半桥实验的时候方便，用于进行实验的扩展。红色线和黑色线分别为信号输岀端VIN+和VIN-o该传感器的激励电压为直流3-12V。使用的温度范围为-20°C-60°C,符合实验室的要求。悬臂式称

5、重传感器其实就是电阻应变式传感器，祛码重量使它的敏感梁发生弹性形变，进而使得粘附在它表面的电阻应变片产生形变，导致了它电阻值的变化，只要外加一个测量电路，我们就可以把应变片电阻值的变化转变为电压的变化，这样就完成了将外力变化转变为电信号的目的，所以我们接下来耍做的就是进行测量转换电路的设计。图2-3称重传感器引线图2.2.2测量转换电路的设计称重传感器应变片的阻值的变化通常小于0.1%o用欧姆表直接测量岀来会产生很大的误差，所以我利用平衡电桥的特性来测量这一微小变化量。图2-4测量转换电路如图2・4所示，当电桥中AC接入激励电源电压时，BD输出电压U0。当R1R3-R2R4

6、=O即R1/R2二R4/R3时候电桥平衡⑶。我取R1=R2=R3=R4=R=1K,则电桥平衡。但实际上每个电阻的阻值在现实中不可能全部相同，会受其他因素影响，述是会有差界。连接导线的线阻也会引起电桥的不平衡，使输出U0不为0。当U0不为0时不能止确反应应变片的电阻变化量引起的电压变化。所以我在BD端接入一个电位器调零电路，方便调节电路，使得电桥平衡，使得输岀U0=0,以便止确测量。如图2-5为称重传感器与它的测量转换电路以及电位器调零电路的电气连接图，其中5PIN为桥式电路的五个顶点。当袪码放在秤盘上，敏感梁上的应变片发生形变，导致应变片电阻改变。平衡电桥的平衡条件被打破，

7、不平衡电桥输出的电压，即为形变量引起的电压变化。由于这个输出的电压值很微小,所以对其进行放大，然后送到直流电压表显示，以便后期绘制它的重量与电压的关系曲线。若桥式电路只接入R2和R4,再加一个电位器调零电路如图2・6,则为半桥调零电位器，同样也可以反映不平衡电压输出。31>K1k::r9?!1ALite•-k!enMETL19•1273AT）一图2-5称重传感器电气连接图2.2.3放大电路的设计TopViewRG18RGVIN-27V+VIN+36VOV-45REF图2-7INA128管脚INA128芯片是差动放大