1、.摘 要傳感器與自動檢測主要介紹了檢測技術的基本知識，工業、生活等領域常用傳感器和一些新型傳感器的工作原理、基本結構和安裝使用方法，檢測系統的信號處理和抗干擾技術，傳感器的綜合應用、綜合實訓和綜合設計等。傳感器與自動檢測以實用性、操作性、創新性為特色，以項目為載體，采用任務驅動的教學方式，突出了各種常用傳感器的單項和綜合應用內容；同時設置了傳感器綜合實訓和設計項目，以加強對傳感器實際應用能力的培養和提高。傳感器與自動檢測可作為高職院校、成人學校及本科院校開辦的二級職業技術學院電氣自動化關鍵詞： 電子秤 電阻式傳感器 三運放大電路 新型傳感器 前 言 電子秤采用現代傳感器技術、電子技術和計算機技

2、術一體化的電子稱量裝置，才能滿足并解決現實生活中提出的“快速、準確、連續、自動”稱量要求，同時有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業生產過程控制的應用要求。本課程設計的電子秤是利用全橋測量原理，通過對電路輸出電壓和標準重量的線性關系，建立具體的數學模型，將電壓量綱V改為重量綱g即成為一臺原始電子秤。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，本設計采用全橋測量電路，使系統產生的誤差更小，輸出的數據更精確。而三運放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數的放大，以滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求。A/D轉換的作用是把模

3、擬信號轉變成數字信號，進行模數轉換，然后把數字信號輸送到顯示路中去，最后由顯示電路顯示出測量結果。由于溶劑使用率的減少，以及更為強大的物質出現，需要提高過程稱重儀表精確度的呼聲越來越高。例如研究顯示，隨著新型甜味劑的出現，消費者可以識別1ppm的偏差。這相當于一批重量為一噸的產品中一克的偏差。過程稱重技術是可在如此廣的范圍內精確并且可靠測量的為數不多的測量過程之一。由于該過程具有高度的動態性，因此還可確保測量設備的靈活應用，這在需要制造的產品經常變化的情況下十分重要。為了確保過程的質量與可再生性，梅特勒-托力多所生產的MinWeigh為用戶提供了根據所使用稱重設備以及所需精確度計算與監測最小重

4、量的智能稱重功能。在這種情況下，必須了解準確性、重復性以及分辨率的實際意義。在稱重技術領域中，許多制造商開始采用在不提高精度和重復性等相關參數的情況下提高顯示精度的做法。盡管通過這種方法從表面上看可以達到更高的精度，但是進一步分析證實這是一種錯誤的做法。即使對于料罐的液位測量而言，提高使用超聲波的標準液位測量方法精確性的需求促使了基于稱重的解決方案的出現。目前，即使是重量超過百噸的料罐仍可“放在秤上”。由于這種稱重技術可在無需接觸介質的情況下直接進行質量測量，并且可耐受泡沫與水氣的影響，因此還可用于其他諸多的關鍵應用。在工業，農業，制造業加工領域當中，過程稱重技術正在越來越多的應用中發揮著重要

5、作用。人們恐怕想不出許多能夠與稱重一樣令人熟知與隨處可見的測量過程。無論是在浴室秤上測量自己惱人的體重，還是在機場辦理手提箱托運，稱重幾乎是一種隨處可見的過程。那么究竟哪些是最為重要的傳感器技術、發展與未來開發產品呢?應變片的應用基于應變片的傳感器始終具有較高的稱重精確度。在過去的10年當中，這種稱重傳感器的精確度提高了5倍，這意味著應變片式稱重傳感器可以用于此前力補償傳感器可以使用的應用領域當中。目前，基于應變規的測量系統用于水箱與鍋爐稱重、罐裝系統、稱重平臺與檢重秤。由于這種測量原理具有機械堅固性以及外等功能，因此很有可能在未來獲得極高的普及率。壓力補償在生產環境中使用力補償傳感器的愿望可

6、以令人理解。沒有其他的任何測量原理可以在如此廣的范圍內提供如此精確并且可靠的結果。隨著最新工業開發成果的問世，這些傳感器現已能夠在需要較高防護等級保護的危險區域內使用。復雜的過濾器算法，加上強大的微處理器，能夠很可靠地區分質量與環境影響的有效變化。內置檢測砝碼可確保隨時對測量結果進行校準與驗證。除了平臺秤之外，常規應用包括配料、高精密灌裝以及檢重。傳感器技術前景當今的稱重解決方案通常基于兩種傳感器技術：應變片技術與力補償技術。以往，高分辨率力補償傳感器主要用于實驗室。與之相反，應變片技術用于許多工業應用。但現在兩種重要發展已經開始消除了這種差異，那就是：應變片傳感器的分辨率更高以及力補償傳感器

7、在過程應用中的使用頻率正在增加。 : 目 錄1.數字電子秤的基本原理 (5)2.數字電子秤的構成 (5)2.1傳感器 (5)2.2三運放大電路 (6)2.3間接比較型模式轉換器AD (7)2.4 CT74LS290計數器介紹 (9)2.5 集成二進制七段譯碼驅動器介紹(10)3.設計總結 (12)4.附錄(13)5.參考文獻 (16)1 緒論1.1數字電子秤簡介電子秤采用現代傳感器技術、電子技術和計算機技術一體化的電子稱量裝置，才能滿足并解決現實生活中提出的“快速、準確、連續、自動”稱量要求，同時有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業生產過程控制的應用要求。1.2 數字電子秤的基本原

8、理電阻應變式傳感器輸出信號三運放大電路放大信號顯示電路A/D轉換電路數字電子秤一般由以下5部分組成：傳感器、信號放大系統、模數轉換系統、顯示器、和量程切換系統。其原理圖如圖（1）所示。圖（1）電子秤的測量過程實際是通過傳感器將被測物體的重量轉換成電壓信號輸出，放大系統把來自傳感器的微弱信號放大，放大后的電壓信號經過模數轉換把模擬信號轉換成數字量，數字量通過顯示器顯示重量。2 系統設計2.1 傳感器電子秤傳感器的測量電路通常使用橋式測量電路，它將應變電阻值的變化轉換為電壓或電流的變化，這就是傳感器輸出的電信號。電橋電路有四個電阻，其中任何一個都可以是電阻應變片電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓U

9、，另一個對角線為輸出電壓Uo。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環節，在制作的過程中應盡量選擇好元件，調整好測量的范圍的精確度，以避免減小測量數據的誤差。圖（2） 全橋測量電橋圖（其中V0輸出為02mv）激勵電壓: 9VDC12VDC ； 靈敏度: 2±0.1mV/V輸入阻抗: 405±10 ； 輸出阻抗: 350±3 極限過載范圍: 150% ； 安全過載范圍: 120%使用溫度范圍: -20+602.2 三運放大電路本次課

10、程設計中，需要一個放大電路，我們將采用三運放大電路，主要的元件就是三運放大器。在許多需要用A/D轉換和數字采集系統中，多數情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數的放大，才能滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。 圖（3）三運放大電路結構圖 為使系統產生的誤差更小，傳統上，設計秤重、測力、轉矩及壓力測量系統時，輸出的數據更精確廣泛采用全橋接電阻傳感器的方法。本設計采用全橋測量電路。大多數橋接傳感器都要求較高的激勵電壓（通常為10 V），同時輸出較低的滿量程差動電壓，約為2 mV/V。傳感器的輸出通常由儀表放大器加以

11、放大。2.3間接比較型模式轉換器A/D（1）雙積分ADC簡介間接比較型A/D轉換器是先將模擬信號電壓變換為相應的某種形式的中間信號，然后再將這個中間信號變換為二進制代碼輸出。雙積分式ADC就是一種首先將輸入的模擬信號變換成與其成正比的時間間隔，然后再在這段時間間隔內對固定頻率的時鐘脈沖信號進行計數的A/D轉換器，所獲得的計數值就是正比于輸入模擬信號的數字量。雙積分AD電路由積分器、比較器、計數器、參考電壓源、電子切換開關、邏輯控制及CP信號幾部分組成，原理框圖和積分波形如圖（4）示。圖（4-1）原理圖圖（4-2）積分波形圖圖（5）所示為雙積分AD原理圖，圖中S0，S1為模擬開關，控制邏輯包括一

12、個n為計數器，附加觸發器Fc，模擬開關驅動電路L0，L1及門G1，G2等。轉換開始前，令轉換控制信號Vs=0計數器和附加觸發器均置0，S0閉合，電容器充分放電，V01=0。當Vs=1以后,S0斷開，A/D轉換開始。分下面兩個階段：1) 通過2次積分將Vi轉換成相應的時間間隔。轉換開始時t=0,S1與Vi接通，2) Vi通過R對C充電，積分器輸出電壓負向線性變化，積分器對Vi在0t1時間積分。當t=t1時, 式中，Vi為0t1時的輸入模擬電壓的值。3) 量化編碼階段。利用計數器對已知的時鐘脈沖計數至t2，完成A/D轉換。從t=t1開始，S1與參考電壓VREF接通，通過R對C反向充電，V01逐漸上

13、升，經t2t1時間間隔，V0=0。 所以 因為VREF和t1為定值，所以T2與Vi成正比，即將Vi變換為與它成正比的時間間隔。在T2階段，將CP（周期為Tc）送入計數器計數，則 圖（5）雙積分A/D裝換器原理圖由此可見，計數器計數所獲得的數字量正比于輸入模擬電壓。雙積分A/D轉換器工作波形如圖（6）所示。它具有工作性能穩定的優點，輸出數字量與積分器時間常數無關，對干擾（如工頻干擾等）有很強的抑制作用，但該電路轉換速度低。圖（6）雙積分A/D裝換器工作波形圖2.4 CT74LS290計數器介紹由雙積分A/D裝換器轉換出的數字脈沖進入CT74LS290計數器中進行計數進位計算其工作原理如下當輸入第

14、 1 9 個脈沖時，百分位片計數；十分位片、個位片、十位片的 CP0 未出現脈沖下降沿，因而保持計數“0”狀態不變；當輸入第 10 個脈沖時，百分位片返回計數 “0”狀態，其 Q3 輸出一個下降沿使十位片計數 “1”，因此輸出讀數為 Q3¢Q2¢Q1¢Q0¢ Q3 Q2 Q1 Q0 = 00010000，即計數 “0.10”。當輸入第 11 19 個脈沖時，仍由百分位片計數，而十分位片保持 “1”不變，即計數為“11 19”；當輸入第 20 個脈沖時，個位片返回計數“0”狀態，其 Q3 輸出一個下降沿使十位片計數“2”，即計數為“0.20”。以后以次類推

15、。當輸入第101109個脈沖時，十分位片計數；個位片的 CP0 未出現脈沖下降沿，因而保持計數“0”狀態不變；當第110個脈沖時，十分位片返回計數 “0”狀態輸出一個下降沿使個位片計數 “1”， 因此輸出讀數為=000100000000，即計數“1.00”當輸入第111119個脈沖時，仍由十分位片計數，而個位片保持 “1”不變，即計數為“111 119”； 當輸入第120 個脈沖時，十分片返回計數“0”狀態輸出一個下降沿使十位片計數“2”，即計數為“2.00”。以后以次類推。由個位向十位進位時步驟和上面一樣。綜上所述，該電路構成 10000 進制四位異步加法計數器。圖（7）計數器工作原理圖2.

16、5 集成二進制七段譯碼驅動器介紹 輸出的信號分別進入集成二進制七段譯碼驅動器中，集成二進制七段譯碼驅動器的使用端BI/RBO、LT和RB的功能如下所述：消隱（滅燈）：輸入BI在低電平時有效。當BI為低電平時，不論其余輸入狀態如何，所有輸出無效，數碼管七段全暗，無顯示。可用來使顯示的數碼閃爍，或與某一信號同時顯示。在譯碼時，BI應接高電平或懸空（TTL）。燈測試（試燈）：輸入LT在低電平時有效。在BI/RBO為高電平的情況下，只要LT為低電平，無論其輸入時什么狀態，所有輸出全有效，數碼管七段全亮。可用來檢驗數碼管、譯碼器和有關電路有無故障。在譯碼時，LT應接高電平或懸空（TTL）。脈沖消隱（動態

17、滅燈）：輸入RBI高電平或懸空（TTL）時，對譯碼器無影響。在BI和LT全為高電平的情況下，當RBI為低電平時，若輸入的數碼是十進制的零，即0000，則七段全暗，不加以顯示；若輸入的數碼不是十進制的零，則照常顯示。顯示數碼時，有些零可不顯示。例如，003.80中百位的零可不顯示，則十位的零也可不顯示。小數點后第二位的零，如不考慮有效數字的零稱為冗余零。脈沖消隱輸入RBI為低電平，就可使冗余零消隱。脈沖消隱（動態滅燈）：輸出RBO和消隱輸入BI共用一個管腳，當它用作輸出端時，與RBI配合，共同使冗余零消隱。以3位的十進制的零是否要顯示，取決于百位是否為零，有否顯示。這就將要用圖（8）電路中的RB

18、O進行判斷。在RBI和A3、A2、A1、A0全為低電平時，RBO輸出低電平；否則，輸出高電平。百位為零（及百位的A3、A2、A1、A0全為低電平），而且被消隱（及百位的RBI也為低電平），則百位的RBO和十位的RBI全為低（因為二者連在一起），其余數碼照常顯示。若百位不是零，或是未使零消隱，則百位的RBO和十位的RBI全為高電平，使十位數的零不具備消隱條件，而好其他數碼一起照常顯示。我們在實驗中采用的是用74LS48驅動共陰極數碼管見圖（8）圖（8） 74LS48驅動共陰極數碼管原理圖74ls48引腳功能表七段譯碼驅動器功能幾設計總圖見附錄結論1通過這次課程設計，我對傳感器設計基礎知識復習了一遍，而且更重要的是又學到了很多新的知識，獲得了新的經驗。我從中學會了如何去做設計，學會知道團隊精神的重要性，在這次的課