汽車衡廠家談地磅電阻應變式稱重傳感器在實驗教學中的應用

實踐證明，實驗教學效果的好壞主要是由實驗內(nèi)容決定的。學生普遍對日常生活中比較熟悉的具體應用感興趣，將具體的應用實例引入到教學實踐能吸引學生的注意力，激發(fā)出學生學習的興趣和熱情，收到意想不到的實驗教學效果。汽車衡廠家通過介紹電阻應變式低量程廚房秤稱重傳感器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)、實用電路設計等，闡述了怎樣將電阻應變式稱重傳感器應用于實驗教學的思想方法和實踐操作過程。提煉的實驗教學思想和方法，對實驗教學改革具有一定的參考價值。

長期以來，我們國家的高等教育都偏重于理論教學，學生對理論計算非常熟練，可是當涉及到一些實際應用時，與國外的學生相比，還存在一定的差距，因此，大連理工大學“模擬電路實驗”教學改革的重點放在為學生設計日常生活中常見的實驗教學案例 幫助學生學習并掌握常用傳感器的使用方法，改進了以往單純以波形發(fā)生器所產(chǎn)生的輸出信號作為待處理信號的實驗教學模式。

實踐證明，實驗教學效果的好壞主要是由實驗內(nèi)容決定的，好的實驗內(nèi)容，能吸引學生的注意力，激發(fā)出學生探索未知世界的好奇心和學習熱情因此，在“模擬電路實驗”教學中，將日常生活中經(jīng)常見到的電阻應變式稱重傳感器作為實驗教學的研究對象和使用對象。

一、汽車衡廠家談電阻應變式稱重傳感器

電阻應變式稱重傳感器，以下簡稱“傳感器”在實際生活中有著非常廣泛的應用如測力、測扭矩、測重量等 其主要利用安裝在彈性體上的應變片在外載荷作用下，彈性體發(fā)生形變而引起應變片電阻的變化，通過檢測應變片電阻的變化來計算外載荷的變化 再通過標定、計算求出傳感器所受的外載荷，完成測試。

在地磅和自動稱量技術(shù)中，測量物體的重量是學生非常熟悉的具體應用，很多學生對這一類的具體應用非常感興趣，很想通過具體的實踐操作掌握使用電阻應變式稱重傳感器的電路設計方法。

二、汽車衡廠家談傳感器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

電阻應變式稱重傳感器采用了惠斯通電橋電路的設計方式，如圖 1 所示。

三、汽車衡廠家談傳感器主要技術(shù)參數(shù)

實驗中，要求學生自己查閱生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品技術(shù)資料，學習并了解器件的參數(shù)和性能，學會根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品技術(shù)資料設計實用電路。

實驗要求學生掌握的電阻應變式稱重傳感器的主要技術(shù)參數(shù)有:

( 1) 額定載荷( FS)

額定載荷是指傳感器所允許的承載范圍。為便于實驗操作，實驗選用了額定荷載為 5kg 的小量程廚房秤稱重傳感器; 實驗用秤架也借用了現(xiàn)成的廚房秤秤架; 載荷采用的是標準砝碼。

( 2) 靈敏度

靈敏度是指傳感器在單位激勵電壓信號作用下，滿載荷時輸出電壓的變化量。多數(shù)電阻應變式稱重傳感器的靈敏度是 2．0mV /V，也就是說，當激勵電壓信號為 5V 時，加載滿量程載荷，傳感器的輸出電壓為 10mV。

( 3) 零點輸出

零點輸出是指在規(guī)定條件下，稱重傳感器在無外載荷作用下的輸出電壓。通常情況下，電阻應變式稱重傳感器的零點輸出電壓為 ± 2% FS。零點輸出受環(huán)境溫度影響較大，當溫度變化較大時會引起較大的零點溫度漂移。通常情況下，傳感器生產(chǎn)廠家都會對傳感器的零點溫度漂移做補償處理 。 ( 4)輸入阻抗輸入阻抗是指傳感器輸入端的等效阻抗。其大小將直接體現(xiàn)在傳感器的功耗上。設計電池供電產(chǎn)品時，應選用輸入阻抗略大的傳感器使用。該實驗所選用傳感器的輸入阻抗為 410 ± 30Ω。

( 5) 輸出阻抗

輸出阻抗是指在傳感器輸出端測得的阻抗。其大小會影響下一級放大電路輸入阻抗的選擇。傳感器輸出阻抗越小，其驅(qū)動能力越強。該實驗所選用傳感器的輸出阻抗為 350 ± 2Ω。

四、汽車衡廠家談放大電路的設計

實驗中所選用的稱重傳感器是由一種鋁合金材料制成的小量程懸臂梁型稱重傳感器，其惠斯通電橋輸出信號為差模電壓信號。

由于生產(chǎn)材料和制造工藝等的制約，在設計傳感器時，其 4 個橋臂的電阻值很難做到*平衡，因此，稱重傳感器在無外載荷作用時，存在輸出信號，即存在零點輸出。設計放大電路時，應該考慮將零點輸出去除。

由以上分析可知，稱重傳感器的輸出信號是差模信號，其輸出存在零點誤差，因此，實驗時，推薦學生使用集成運算放大器設計一個可以放大差模輸入信號的儀表放大器，如圖 2 所示。

五、延伸設計

經(jīng)儀表放大器處理后的模擬信號需經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號送給 MCU 處理后，再送到顯示電路顯示出來。這部分內(nèi)容需要學生學完后續(xù)數(shù)字電路和單片機等課程后方能繼續(xù)完成。

為了讓學生對系統(tǒng)電路設計有一個整體概念，該實驗向?qū)W生介紹一款含有內(nèi)置增益可調(diào)放大電路的AD 芯片 HX712。圖 3 是用 HX712 設計的廚房秤系統(tǒng)電路設計框圖。感興趣的學生可以提前自學該芯片以完成系統(tǒng)電路設計。在圖 3 中，傳感器的差模輸出信號經(jīng)過 AMP 放大和 AD 處理后，通過接口電路送到 MCU 進行處理，MCU 完成與鍵盤和顯示器的通信，將測得的結(jié)果顯示出來。在設計系統(tǒng)電路時，傳感器的零點輸出可以用數(shù)據(jù)采集和存儲的方式去除，即在不加外載荷時，測出零點輸出并將其暫存，當加上外載荷后，測得的結(jié)果需要將該暫存的零點輸出減掉，以實現(xiàn)稱重顯示控制儀表的自動調(diào)零。