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    便攜式電子秤的研制

    文章出處:admin 人氣:發表時間:2021-05-26 13:57

    目前,市場上常見的桿式秤和彈簧秤等計量器具已逐步被淘汰 .因而,具有商用價值的便攜式電子秤的研制受到了人們的高度重視.鑒此,提出了高性能、低成本的普及型電子秤的全電子線路設計方案 .介紹了信號處理電路的設計思路,給出了具體的硬件設計框圖,詳述了稱重計量的關鍵部件———稱重傳感器中彈性體的具體設計方法.此種方法較好地解決了電路設計中的關鍵問題,如電源的處理、提高測量精度等。引言科學技術的發展,對稱重技術提出了更高的要求,尤其是微處理技術和傳感技術的巨大步,大大加速了這個進程.目前,電子秤在商業銷售中的使用已相當普遍,但在市場上廣泛使用的各式電子秤還有很大的局限性 這些電子秤體積大、成本高,需要工頻交流電源供電,且又不能隨身攜帶.市場上流行的便攜秤大都采用桿式秤或以彈簧壓縮、拉伸變形來實現計量的彈簧秤等,計量誤差較大,一旦超過彈簧彈性限度, 就會產生很大誤差, 以至損壞.桿式秤則是目前就要淘汰的計量器械.因此,一種小型化的、能夠在未來取代桿秤和彈簧秤的普及型電子秤的發展受到了人們的高度重視,設計一種重量輕、攜帶方便、計量準確、讀數直觀的民用電子秤迫在眉睫.本設計產品為全電子線路,充分兼顧各式電子秤的優點,且小巧便攜 、計量誤差小(1 %)、工作可靠 、價格低廉,在民用市場上有著良好的使用前景 .1系統原理便攜式電子秤系統如 1所示.它由傳感器、放大器、量程轉換電路、A/D 轉換和顯示器、電源電路等構成.由電阻應變片組成的傳感元件,其微弱的稱重信號,經高精度的差分放大,分兩檔(0~2kg,2 ~ 10 kg)的量程自動轉換,A/D 轉換器將放大后稱重模擬信號轉換成數字量提供給液晶顯示屏(LCD)顯示,電源處理電路將電池電壓變換成各單元電路所需的不同等級電源電壓.2稱重傳感器的選用及設計在電子秤系統中,傳感器是最關鍵的部件,也是電子秤設計中最難處理的環節,其性能的好壞直接決定了電子秤的精度.小量程稱重傳感器的結構、型式及種類較多.為了使稱重傳感器具有良好的線性、較高的輸入靈敏度及較強的抗側向載荷能力, 我們采用了雙孔平行梁 式荷 重傳 感器(圖2).選用國產硬鋁合金 LY12作為彈性體材料,因為這種材料具有較高的比強度, 因此彈性滯后及蠕變也比較小.對小量程稱重傳感器來說,這種材料的儲能比W大,彈性模量小 (約為鋼的 1/3),是制造小量程稱重及測力傳感器較為理想的材料 .傳感器的工作原理是:當傳感器受外載荷p作用時,彈性體的上下平行梁產生彈性變形,粘貼在平行梁上的4片電阻應變片R1~ R4組成的電橋輸出電壓就會產生與外載荷p成線性變化的增量,即可知外載荷p的大小.傳感器彈性元件的尺寸根據最大量程而定, 主要是確定檢測點(應力峰)截面厚度h1,從而確定開孔形式和尺寸.傳感器靈敏度一般要求在(1 .5 ~ 2)mV/V范圍,全橋輸出電壓U0為3 放大電路設計中幾個問題的處理(1)電源:本電子秤取 2 節 5 號鋅錳普通干電池 (3 V)或可充電電池 (2 .4 V)供電 .對于各電路來說此供電電壓等級是遠遠不夠的 , 因此要選用開關型升壓穩壓集成塊 T L499A進行電源變換(圖 3).TL499A 輸出穩壓電壓的范圍可達2 .9 ~ 30 V 、 輸出電流 100 mA , 所需輸入電壓范圍1 .1 ~ 10V .TL499A 將電池電壓提高到 15 V , 再通過運算放大器得到 ±7 .5 V 的對稱電壓輸出.(2)減小等效失調電壓對測量準確度的影響 :橋路所輸出的信號為疊加在高共模電壓下的直流微弱信號, 首先應保證橋路得到高穩定度的電源, 橋路采用的恒流電路供電如圖 4 所示.由A1 、R5 、R6 、RI構成恒流源電路,為橋路提供高穩定度的電源電路 .R1 -R4 電阻應變片構成檢測力的電橋 ,由于受力的作用使彈性體產生變形,而使應變片阻值發生相應變化, 從而橋輸出微弱的與彈性體受力成正比的信號電壓.RP 為調零電位器,調整橋路輸出零點.A2 -A5 與外圍元件構成差分放大器 .該電路具有輸入阻抗(300 ~ 500M Ψ)高、共模抑制比 (110DB)高 .輸入失調電壓 (20 μV)和失調電壓溫漂(0 .25 -10 μV/ ℃)小的特點,為橋路放大器較為理想的放大電路形式 .電路分成兩級, 第一級由A2、A3 構成 ,以提高放大電路輸入阻抗, 第二級由A4、A5 構成差分放大,要求 A4 的外接電阻嚴格匹配, 同時較低的增益可以保證電路有較小的失調電壓,RW為放大器的增益調整.(3)量程轉換的實現 .該電子稱的稱量分兩個量,第一量程0~2kg,第二量程2~10kg,量程由電路自動轉換[ 4] (圖 5).A/D 轉換與顯示電路由集成塊ICL7106完成,量程轉換可通過改變7106 的基準電壓 VREF實現.由差動式放大器輸出的稱重信號經組成的比較電路比較,當稱重量在 0 -1999g范圍 ,信號較小 , 比較器不動作,由 RP1調整的基準電壓通過模擬開關SW1,加至 7106 的 VREF端 ;當稱重量大于 1 999g時,比較器A6翻轉,由 RP2得到的基準電壓信號經模擬開關 SW2 送到 7106 ;同時A6的輸出控制LCD顯示器的小數點點亮位置 。結論 該秤的一些性能特點還有某些不盡人意之處。其一是價格偏高,經核算成本價在120元左右 ;再者其線性度誤差偏高;功能尚欠缺,如去皮功能、計算功能等.這些都需在以后的電路改進中加以解決.由于電子稱體積小巧、便于攜帶,如能進一步降低成本, 在民用市場上將有著良好的使用前景.

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