项目3.1应变式压力传感器在电子秤中的应用（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学版）

06 一月 2024 1 模块三 压力传感器的应用 压力传感器的应用 06 一月 2024 2 在工业生产、科学研究及日常生活等各个领域中，压力是需要检测的重要参数之一，它直接影响产品的质量，又是生产过程中一个重要的安全指标。力传感器主要有电阻式、电容式和电感式等，本模块将通过几种压力传感器的具体应用实例来学习压力传感器的原理、特性、参数、应用电路的调试及使用注意事项等。 引入项目 概述 压力传感器的应用 06 一月 2024 3 压力传感器的应用 应变式压力传感器在电子称中的应用 LED显示排压力计设计 压力变送器在恒压供水系统中的应用 模块结构 预备知识 基尔霍夫电压定律 惠斯通电桥电路 运算放大电路 发光二极管驱动电路 压力传感器的应用 06 一月 2024 4 一、项目目标 通过本项目的学习，掌握压力传感器的结构、基本原理，根据所选择的压力传感器设计接口电路，并完成电路的制作与调试。 设计一简易电子称，称重范围：0～5Kg，精度：±10g，重量采用10V的电压表显示。 项目一 应变式压力传感器在电子秤中的应用 二、项目分析 电子称在工业生产、商场零售等行业已随处可见。在城市商业领域，电子计价称已取代传统的杆称和机械案秤。 压力传感器的应用 06 一月 2024 5 市场上通用的电子计价称的硬件电路通常以单片机为核心，结合传感器、信号处理电路、A/D转换电路、键盘及显示器组成，其硬件结构框图如图3.1所示。 称重 传感器 信号处理电路 A/D转换 MCS-51 (8051) 显示器 键盘 电路 图3.1 硬件结构框图 压力传感器的应用 06 一月 2024 6 系统的基本工作过程是称重传感器将所称物品重量转换成电压信号，经信号处理电路处理成比较高的电压（此电压取决于A/D转换器的基准电压），在MCU的控制下由A/D转换电路转换成数字量送CPU进行显示并根据设置的价格计算出总金额。整个系统的重点在于传感器和信号处理部分，其它部分只是为了提高系统的自动化水平及人机交互界面，所以本项目主要讨论传感器及信号处理电路。 压力传感器的应用 06 一月 2024 7 传感器是整个系统的重量检测部分，当称重传感器受外力F作用时，四个粘贴在变形较大的部位的电阻应变片将产生形变，其电阻值随之变化。当外载荷改变时，由四个电阻应变片组成的电桥输出电压与外加载荷成正比。 压力传感器的应用 06 一月 2024 8 三、项目实施 1．电路原理 简易电子秤电路图如图3.2所示。 图3.2 简易电子称电路图 压力传感器的应用 06 一月 2024 9 由图3.2可知，电路主要由三部分组成：R1、R2、VR1及称重传感器组成电桥电路，将被称物的重要转换成与之成一定关系的模拟电压；由IC1、IC2、IC3及外围电阻组成的仪表放大电路，将传感器输出的微弱信号放大成足够的电压（伏级）；由IC4及外围元件组成调零电路，当传感器不加重物时，IC4的输出Uout为零。 图中VR1完成电桥的平衡调节，主要是防止传感器四个桥臂的阻值不完全相等，VR2实现仪表放大器的增益调节，VR3放大电路调零 压力传感器的应用 06 一月 2024 10 2．所需材料及准备 金属箔式应变片、±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。 3．电路制作 按原理图准备元器件，仪表放大器所用电阻应为高精密电阻。集成运放IC1～IC4可以使用精密集成运算放大器OP07；若想简化电路，降低成本，也可以采用LM358、LM324之类的多运放IC。 压力传感器的应用 06 一月 2024 11 4．调试 电路制作完成后，接通电源，将增益调节电阻VR2调至中间位置，然后进行差放调零。增益电位器VR3顺时针调节到中间位置，将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端OUT与10V的电压表相连，调节电路板上调零电位器R42，使电压读数为零，关闭电源。将传感器接入电路并接通电源，在不加重物的情况下，调节VR1使电压表读数为零。 压力传感器的应用 06 一月 2024 12 特别提示： 使用的环境若很潮湿，有很多粉尘，则应选择密封形式较好的；若在有爆炸危险的场合，则应选用本质安全型传感器；若在高架称重系统中，则应考虑安全及过载保护；若在高温环境下使用，则应选用有水冷却护套的称重传感器；若在高寒地区使用，则应考虑采用有加温装置的传感器。 5．知识链接