第二章 电子秤设计目的意义及设计任务与要求

2.1 电子秤设计目的意义

本次设计旨在让学生在熟悉掌握《传感器技术》的基础上，通过设计电子秤进一步加深对传感器技术的了解；并熟练掌握CSY传感器试验仪的操作方法；在不断的创新尝试中了解比较设计电子秤的四种基本方法：交流全桥、差动变压器（互感式）、电涡流传感器、霍尔传感器。

此次设计中主要利用霍尔式传感器的直流激励特性设计电子秤，在设计中主要了解霍尔式传感器的原理与特性、霍尔式传感器在静态测量中的应用。

2.2 此课程在教学计划中的地位和作用

此次科研训练涉及到《传感器技术》这门课程，因此通过此次科研训练可以使学生充分了解传感器的知识，为后续学好《传感器技术》打下良好的基础。且《传感器技术》是电子信息类专业的一门重要的专业基础课，主要讲授传感技术的整体概念和常见物理量传感器的机理、构成、测量电路和应用方法，并结合实验操作环节，增强对常见传感器的原理、结构的理解和认识，掌握传感器的应用方法，也为后继课程如《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等准备必要知识。

2.3 电子秤设计任务与要求

2.3.1 电子秤设计任务

设计并制作一个可以称量物体的电子秤。 2.3.2 电子秤设计要求

1) 可以测量0-200克的物体； 2) 精度为1克；

3) 计算出灵敏度，将电压表示数与物体重量相对应。

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第三章 电子秤总体设计方案

3.1 电子秤设计思想

设计电子秤，可以通过构造电路将物体质量和指示表中数据一一对应，即使两者呈一定的线性关系；而建立两者之间的对应关系就需利用传感器将非电量转化为电学量，可简单通过图3.1表示。

按照电子秤设计的要求，可确定电子秤电路由以下几部分组成：主副电源部分、电桥平衡网络单元、称重传感器部分、运算放大部分、电压表显示部分组成，如图3.2所示。

工作原理：当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大，直接进入F/V表，可读出电压表示数，进而确定电压表示数与被测量物体重量的关系。

物体非电线性对传感图3.1 指电主电称运F/V图3.2 电子秤 5

3.2各电路单元或部件的选择

3.2.1 直流稳压电源的选择

直流稳压电源可直接从CSY传感器实验仪获得，由于此设计过程采用的是直流激励，故应将直流稳压电源置+2V档且激励电压不能过大，以免损坏霍尔片 3.2.2 电桥平衡网络的选择

电桥平衡网络采用CSY传感器实验仪左下角的电桥单元，使用时可自由调节电位继W1,如图3.3所示。

3.2.3 称重传感器的选择

称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%-70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。

称重传感器的选择主要从以下几个方面考虑： 1. 要考虑传感器所处的实际工作环境情况；

传感器所处的工作环境情况对如何选用传感器是至关重要的，它关系到传感器能否正常的工作，关系到传感器的安全和使用寿命，乃至关系到整个电子秤的可靠性和安全性。

2. 对传感器数量和量程的选择；

传感器数量的选择是根据电子秤的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几

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图3.3 电桥

个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体，如电子吊秤，就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。

传感器量程的选择是依据秤的最大秤量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定传感器的量程。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感的载荷，其称量的准确度就越高，但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷的存在，因此在选用传感器量程的时候，要考虑诸如多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。

称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种： 电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。

1. 电阻应变式称重传感器：是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的转换元件。

2. 电容式称重传感器：是把被称物体重量转换为电容器容量变化的一种传感器，它是以各种不同类型的电容量作为转换元件，实际是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器由于它存在输出特性的非线性、寄生电容和分布电容对灵敏度和称重精度的影响、传感器联接电路比较复杂等原因，直接影响到它的可靠性，所以限制了它的应用。近些年来由于集成电路特别是微处理技术的发展，可将电子线路紧靠传感器的极板以减小电缆分布电容的影响，并可利用微处理技术对电容式传感器的温度特性和非线性进行补偿，所以电容式传感器在电子称重技术中的应用又得到了重视，在国内已出现了可与电阻应变式传感器电子秤准确度相比的电容式台秤和电容式吊秤等产品。

3. 压磁式称重传感器：也称磁弹性传感器，它是一种力——电转换的无源传感器。它的工作原理是利用压磁效应，将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。压磁传感器具有输出信号大、抗干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷对测量准确度的影响小、能在恶劣的环境中工作、结构简单便于加工等优点。缺点是准确度低、反应速度慢。它常用于冶金、矿山、运输等工业部门的承受大吨位，并要求牢固可靠、安全报警等测力或称重场合。

4. 谐振式称重传感器：也称频率式传感器，它是利用机械振子的固有频率或石英晶体的谐振特性，随着被称物体重量的变化而产生频率变化现象而形成的

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