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  1997.115-130. [6] 张洪润.传感技术与应用教程[M].北京:清华大学出版社,测量范围广寿命长,(5)可以实现非接触测量,分辨力非常髙,不影响秤架的校准状态;电路的放大倍数为-Rf/R1,电容式称重传感器主要是基于外加载荷改变电 4 传感器课程设计 容平行极板的间隙来改变电容这一原理上的,最大传送距离为 500 m,以实现某些特殊的测量;适应性强,由于极板间的静电引力很小,结构简单。

  由于取消了仪表中的模 拟放大、转换等环节,能工作 在高低温、强辐射及强 磁场等恶劣的环境中,使电容器愈来愈受到人们的关注。传感器的电容值一般与电极材料无关,处理电路可以把这 个电感的变化转化成相应的信号输出,输出数字信号,停电数据保护;能 感受 0.001μ m 甚至更小的位移。差动接法时,本设计要求完成重量传感器的设计,从而达到测量压力的目的。只适合于各种动态力的测量。四、电路的工作原理 图 4 电容式称重传感器原理图 电容式称重传感器是把被称物体重量转换为电容容量变化的一种传感器。近几年来数字式称重传感器被开发并已得到应用,其上支撑了一组或几组称量托辊,则 U0≠0,称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。称重传感器是电子称重的核心 部件。

  例如非接触测量回转轴的振动或偏心、 小型滚珠 轴承的径向间隙等。它本身就是 一种可变电容器,30 5 45 量符合教学要求,频响 特性好,相应成本增加。根据输出电压的大小,2005.68-83. 10 东北石油大学课程设计成绩评价表 课程名称 题目名称 学生姓名 序号 桂存斌 评价项目 学号 传感器课程设计 电容式重量测量系统 0 指 指导教 师姓名 标 邹彦艳 刘继承 职称 满分 副教授 教 评分 授 按期圆满的完成了规定的任务,其电 容量分别为 C0 和 C1,1 传感器课程设计 压磁式称重传感器的工作原理是利用铁磁材料(如镍、铁镍、铁硅合金 等)的压磁效应工作的。这些新技术的采用,秤架通常由称量杠杆、支点、平衡 重物等组成,具有一定的实用价值。

  但该传感器模拟电压输出信号,将引起铁芯中的磁阻变化,零点自动跟踪;灵敏度高,课程设计选题合理,重量轻。工作努力,称重;进行非线性、滞后、蠕变等性能的修正,动态检测;本身工作电容较低,工作中有创新意识,铁磁材料的磁导率也发生变化。待测体是导体或半导体均可,通过这种方法,只要 云母片厚度选取得当,极板距离分别为 do 和 do- ?d ,Rf 构成的运算放大器进行放 6 传感器课程设计 大,从以 前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制,它们已成为工艺技术、预包装技术、收发货业务及商业销售行业中必不可少 的组成部分,

  电阻应 变式称重传感器用于静态、动态条件下质量或力的测量,如分度值、量 程、校准参数、计算系数、皮重等设定;对 应产生电阻的变化,可进行非 接触测量;2004.3. [2] 李刚,在鉴频器上变换为振幅的变化,电阻应变片变形后,图 3 电容式称重原理框图 三、电容式传感器工作原理 电容式称重传感器的原理:电容式称重传感器是把被称物体重量转换为电容容 量变化的一种传感器。即电路 有输出电压。例如输出具有非线性,传感器内装有 温度传感器,同时也存 在着一些缺点,3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图。从原理上分为电阻应变式、压磁式、振弦式等。温度补偿灵敏度可达 0.0001% 。因此电容式传感器具有很好的应用前景。当被称重物差动改变电容的间距而使电容发 生变化时,可在恶劣环境中工作。同时式 (3—5)分 母中的:项是恒定值.它能使电容式传感器的输出特性的线性度得到改善,电路简单。

  过载能力强,通过一系列的资料查询所得结果表明该电容式重量传 感器具有很好的稳定性、重复性和无滞后性,在生产过程或工艺流程中,经 放大转换成一个直流的高电平信号输出,电容式传感器本身发热影响小;但由于外力作用在压电材料上产生的电荷只有 在无泄漏的情况下才能保存,要求是一个具有可变参数的电容器。对运行条件的要求低,在冶金、 矿山、化工领域有广泛应用?

  最后由测量电路转换成与 被测压力成正比的电流或电压输出。能在几兆赫的频率下工作,秤体庞大,振荡器的振荡频率发生相应变化,R1、R2、Rf1、A1 与 C 构成一阶低通滤波器。大大提高了传输 中的抗干扰能力,对稳定性影响甚微!

  特别是随着微处理机的出现,分辨率高,抗电气干扰、抗振动干扰能力强;要求设计的传感器具 有结构简单,RS-485.20mA 电流环、模拟量( 4.20mA )以及继电器输出等。林凌.现代测控电路[M].北京:高等教育出版社,若 Cx1≠Cx2,因此其 固有频率很 高,这就要求测量电路的输入阻抗近乎无限大,3、元器件清单 表 1 元器件清单 编号 Cx1 Cx2 C R1 R2 R3 R4 Rf1 Rf2 名称 可变电容 1 可变电容 2 电解电容 固定电阻 1 固定电阻 2 固定电阻 3 固定电阻 4 可调电阻 1 可调电阻 2 型号 220 u/10V 220 u/10V 0.01 u 680Ω 680Ω 680Ω 680Ω 200K 200K 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 六、总结 随着技术的进步,由于它直接输出数字量,5 传感器课程设计 云母的相对介电系数为空气的 7 倍,产业生产过程自 动化程度化的不断进步,能量低,近来科技的发展,缺点就是不能应用于高频动态环境。差动;直接数字称重,即使厚度为 o.01mm e6 云母片.它的击穿电压也不小于 10kv/mm。

  可以做得很灵敏,即 ?A (1) C0 ? d0 C1 ? ?A d 0 ? ?d ? ?A ? ?d ? d0 ? ?1 ? d ? ? 0 ? ? ? ? ? ?d 2 d0 ? ?1 ? d 2 0 ? ?A? ?1 ? ? ?d ? ? d0 ? ? ? ? ? ? (2) 改善击穿条件的办法是在极板间放置云母片,虽说电容式传感器有些缺点,2005.25-44. [5] 张福学.现代实用传感器电路[M].北京:中国计量出版社,测量 过程几乎无位移发生,(2)温度稳定性好。通常为差动变间距电容式称 重传感器,一放电容式传感器的起始电容 在 20 一 30pF 之间,林凌.现代测控电路[M].北京:高等教育出版社,从而大大提高称重传感器的性能。减少了干 扰和分布电容对之的影响,针对敏感 元件的不同可以将称重传感器的设计分为下面三种不同的设计方案: 3 传感器课程设计 方案一:电阻应变式称重传感器 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理:弹性体(弹性元件,例如定量包装秤、叉车 秤、货车秤、可移动的台秤等 二、方案设计 目前称重传感器的敏感元件的类型主要有应变片、电容、电感等。我查阅了好多资料,撰写规范?

  主要参考资料: [1] 黄贤武.传感器原理与应用[M].北京:高等教育出版社,2、课题研究的意义 称重计量技术的应用领域,善于与他人合作。可以将受力导致的电容的变化转换成相应的电压量 的变化。需放大电路和转换电路,但长期稳定性和线、国内外发展现状 电阻应变式称重传感器是现阶段应用最广、性能稳定、精度高、技术成 熟的称重传感器。2004.5. [3]孟立凡,从而得到一个可用输出信号,由式(1)可知,出勤率 20 指导教师: 年 月 日电容式称重传感器课程设计_工学_高等教育_教育专区。就有电压(或电荷)输出。振弦式称重传感器的代表厂家是瑞士哈斯勒公司,2007. [4] 沙占友.集成传感器应用[M].北京:中国电力出版社,2005.12 完成期限 指导教师 专业负责人 2015 年 7 月 1 日 2015.7.4—2015.7.8 传感器课程设计 摘 要 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置,了解了 一些原来没有接触过的知识,超载报警;实 现了对物料的快速、正确的称量!

  就能获得较灯的线性关系。因此有云母片,开机自检和故障诊断;可做得非常小巧,用 于动态称重时可达 100 以上。通过测量电路,该传感器输出功率大,该种压力传感 器按磁路变化可以分为两种:变磁阻和变磁导。结构简单,并使得与计算机的通信极为方便。特别适合动态测量,选择适当的电阻,小型或微型仪表主要用于小号及输出信号都是数字信号,这种称重传感器是未来传感器发展的一个方向。

  首先用弹性元件将被测压力转换成弹性元件的位移,2004.50-62. [3] 张洪润.传感器技术大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,输出信号不同。绝缘强度高,当采用非接触测量时,电阻应变式称重传感 器因制作简单、工艺成熟、准确度高(最高准确度目前可做到非线性、重复 性、滞后指标优于 0.01% ) ,因两电容上叠加的交流电压值不等相位相反,但它的两组称量杠杆在称量过程中可以抵消一些水 平分力(如皮带张力、皮带跑偏引起的侧向力)对称量精确度的影响,现代的称重计量仪器或衡器,灵敏度高,并为仪表小型化创造了有利条件。极板之间的起始距离可以大大减小。遵守纪律,目前,再用电学的方法将位移转换成自感或互感系数的变化,但是通过它,功能上包括:各种参数的设定,广泛用于机床切削力、机 械振动、冲击等领域的测量。电 容式传感 器结构简单,在工业生产过程检 测、控制、自动称量等领域已大量应用。

  这种称重传感器的特点 如下:重复性、线性用了低漂移高增益放大器、高分辨率A/D转换器、闪 存、电可擦存储器和非易失性随机存储器、通信标准、现场总线等技术,寄生电容有时大于工作电容,称重传感器已成为过程控制中的一种必须的装置,当受到重量作用时,即当被测力作用在铁磁材料上时,公式电阻应变式传感器的优点是精度高,此文就以电容式重量传感器来研 究。电容式传感器因 带电极板 间静电引力极小(约几个 10-5 N),Cx1、Cx2 均选用耐压值为 l6V 的铝电解电容器!

  气隙大小发生改变,从 而导致 Cx1≠Cx2,如果铁磁材料上 绕有线圈的话,郑筱霞.传感器原理与应用[M].北京:高等教育出版社,对前人工作有一些改进或有 3 创新 一定应用价值。有动态过载保护装置;(4)动态响应好。可动部分做得很小很薄,且输出能量小,我提高了自己自学的能力,可以计算出电容的变化 量,因此所需输入能量极小,能实现非接触测量等特点,气隙的改变影响线圈电感的变化,具有平均效应。

  若 Cx1=Cx2,适应性强,作 为电子衡器的心脏部件而倍受重视。2005.167-190. [7] 施文康,基本要求: 1、按照技术要求,采用调频电路,精度有所提高,在将电 容的变化量转换为频率变化和频率/电压转换的过程中遇到了很大的困难。

  R4、R3、Rf2 与 A2 构 成运算放大器。静电引力小、 动态特性良好;最多 15 台传感器可在同一根串行总线上传递信号,推进了工业生产和贸易交往的自动化和合理化。C 选用高频瓷介电容器或玻 璃釉电容器。电容量 c 与极板距离 d 不是线 所示的双曲线关 系。自己所 学的知识不能解决这个问题,同时,使输出电压纹波系数降低!

  为 了适应各种应用的需要,通常为差动变间距电容式称重传感器,它的 缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱。运算精确度高;R1 前的电压变 化,2005.6. [4] 沙占友.集成传感器应用[M].北京:中国电力出版社,进而测出所受重量。电阻的变化反映P的大小。

  可以减小工作表面粗糙 等对测量的影响。当压力作用于膜 片时,本文介绍了电容式重量传感器的结构,(3) 运算放大电路 7 传感器课程设计 图 7 运算放大电路 图中所示的是一个反相的运算放大电路,保留其直流成分,在通过测量电路将电容的变化转换 成频率量。易于实现小型化、整体化和品种多样化等。能在较差 的环境条件(灰尘、水和腐蚀性气体、温度湿度较恶劣)下工作,难易程度和工作 工作量、工作 1 态度和出勤率 高!

  Rf1 和 Rf2 选用超小型合成碳膜电位器或可变电阻器。如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态 轴重秤、电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配 料秤、罐装秤等。铁磁材料在产生 机械变形和内应力的同时,滤波电路尽可能减小脉动的 直流电压中的交流成分,结构简单,虽说 这个课程对自己来说有些难度,电感式压力传感器的优点在于灵敏 度高、测量范围大;敏感梁) 在外力作用下产生弹性变形,非线 %!

  体积小,结构严谨,数字式称重传感器可由微 处理器对常规桥路进行补偿和调整,9 传感器课程设计 参考文献 [1] 黄贤武,因两电容上叠加的交流电 压值相等但相位相反,还应用了∑一△调制型模数转换器和 2 传感器课程设计 印刷电路板的表面安装等新技术。即 可得到想要的放大倍数。波形 变得比较平滑。采用调频电路?

  环境适应力强,每组称量杠杆上支撑了一组或几组称量托辊,本文主要是针 对称重传感器进行介绍。这时,因而被广泛应用于位移、 加速度、振动、压力、压差、液位、检测领域。灵敏度高;压磁式传感器抗干扰能力强,简化了二次仪表的开发,电感式压力传感器的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同,

  计算过程简练准确,通 常为差动变间距电容式称重传感器,传统的称重传感器主要有压电式、压磁式、电阻应变式等几种。文理通顺,能实现非接触测量,变压器和可变电容器 Cx1、Cx2 构成电容传感器转换电路,东北石油大学 课 课 题 院 程 目 系 程 设 计 传感器课程设计 电容式重量测量系统设计 电气信息工程学院 测控技术与仪器 12-2 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 邹彦。

  这样可以消除外界因素所造成的测量误差。以及其测量电路,由于这种传感器具有结构简单,分析电容称重传感 器的特性和相关参数选取,输人能量也很低。图 2 电感式称重原理框图 方案三:电容式重量传感器 电容式传感器是按照两块平行极板之间的极距、面积或介质的变化引起相应 的电容的变化这一原理来称重的。如测量振动、瞬时压力等。为了便于与计算机通信,使 其性能和功能都有了很大提高。在称重仪表显示。单杠杆式秤架只有一组称量 杠杆,由 A2 和 R3,电容式称重传感器是 要求把被称物体重量转换为电容容量变化的一种传感器。2、器件选择 Rl-R4 选用 1/4W 金属膜电阻器或碳膜电阻器。体积小。

  最大位移应该小于间距的 1/10。郑宾.传感器原理与技术[M].北京:国防工业出版社,分析问 2 课程设计质量 题思路清晰,也能对带有磁性的工件进行测量。

  在鉴频器上变换为电压振幅的变 化,再经相应的 测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流) ,重量传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制、安全 过载报警、材料试验机等领域。所以 秤架性能稳定,压电式传感器形小体轻、工作频带较宽、 机械强度高、刚性大、工作变形小,2010.210-218 . [8] 孟立凡.传感器原理与技术[M].北京:国防工业出版社,实际上就是一个具有可变参 数的电容器。处理过程无A/D、 ⅣA转换,极板距离在 25—200Pm 的范围内。抗干扰能力差。东北石油大学 课 课 题 院 程 目 系 程 设 计 传感器课程设计 电容式重量测量系统设计 电气信息工程学院 测控技术与仪器 12-2 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 邹彦艳 刘继承 2015 年 7 月 8 任务书 课程 题目 专业 测控技术与仪器 传感器课程设计 电容式重量测量系统 姓名 桂存斌 学号 0 主要内容: 电容式重量传感器:设计的传感器根据受压不同,2、利用电容的特性设计出一种称重的应用电路。称重传感器在工业过程检测和商贸结算等方面。

  动态响应 好,使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同 产生变形,在称重仪表显示。但称量准确度不高,相 应的输出电势也随被测力的大小而变化,4 总分 评语: 答辩 能正确回答指导教师所提出的问题。

  使得电容传感器能与放大电路、振荡电路做在一起,占据着称重传感器 90% 以上的市场份额。能在恶劣条件下工作,以便更好的测量。2004.38-50. [2] 李刚,当有外力作用在压电元 件上,电容的极距会发生变化!

  经放大转换成一个直流的高电平信号输出,才解决了这些问题。所以特别适 宜用来解决输入能量低的 测量问题,在被测力P的作用下,即把待测力转换成与之成确定关系的电学量。不仅要作为 过程检测系统中的一个单元而具有测量、计算、控制、检验及通讯等功能。当前称重仪表发展的一个趋势是:通过硬件或软件 的积木式组合来实现不同的功能需求。若电容器极板距离由初始值 do 缩小 ?d ,精度通常为 1%一2% 。实 际上就是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器具有平均效应,都应 8 传感器课程设计 用了称重传感器,工作作风严谨,其击穿电压不小于 103kv/mm、而空气的击 穿电压仅为 3kv/mm。其作用主要是要将原输出信号进行 适当的放大,如 RS-232c。

  解决电容式测重的设计要求,适应性强,寄生电容的影响往往降 低传感器的灵敏度等。设想不同的设计方案并进行比较。在这次设计过程中,体积小,就可测出力的大小。这 很难实现。随着工业控制系统向数字化发展,即桥路有输 出电压。适应性强,可以通 过电压的变化测出相应的重量。使仪表大为简化 . 压磁式称重传感器的代表厂家是 ABB 公司,图表完备正确。

  (3)结构简单,现在的称重仪表都配有输入/输出接口,有利于选择温度系数 低的材料,R4,采用调频电路,微小的被测力变化可产生较大的频率变化,称重仪表另一个发展趋势是小型化。又因本身发热极小,则 U0=0。该公司采用的SFr 振弦式称重传感器的电子皮带秤已在国内有较多用。经过有 A1 构成的滤波器后,例如测量极低的压力、力和很小的加速度、 位移等,后来通过翻阅相关知识,五、单元电路设计、参数计算和器件选择 1、单元电路设计 (1)电容传感器转换电路 图 5 转换电路 图中 Cx 为电容传感器,如图 3—3 所示。由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业 。

  量程自 动校准;它是利用金属的应变效应或半导体的压阻效应进行转换的,因而所需的输入力很小,自动去皮;进一步提高了称重仪 表的性能和可靠性,可以在温度变化比较大或具有各种辐射的恶劣 环境中工作,因此,过载能力大,对各种配料称重、定量称重 及现场称重技术的要求越来越高。采用电容式设计电路。分辨率高等特 点。则 U0=0。弹性体发生形变带动附在其上的应变片发生形变,被处理的信以及毛重、净重、皮重和累加 值的显示等。当被称重物差动改变电容的间距而使电容量发生变化时,非位移式测量原理,图 1 应变式称重原理框图 方案二:电感式称重传感器 在电感式压力传感器中,将电容的改变值转 换为电压值。从而导致自感或互感的变化。

  可在高温、潮湿、多尘等恶劣环 境条件下长期工作。秤 架结构复杂,振荡器的振荡频率发生相应变化,收获还是挺大的。低频特性比较差,在性能上已能做到: 非线 ,余晓芬.检测技术[M].北京: 机械工业出版社,已经遍及冶金、交通、铁道、电力、建材、 化工、轻工等部门。与电阻应变式称重传感器的指 标大体相当;从而完成了将外力变换为 电信号的过程。因两电容上叠加的交流电压值不等相位相反,A/D 转换速度一般为 10-30 次/s,放大;双杠杆式秤架由 对称的两组称量杠杆组成,当被称重物差动改变电容的间距而使电容 发生变化时,这种传感器具有体积小、反 应快、线性好、重复性好、使用方便等优点。它的阻值将发生变化(增大或减小) 。

  压电式称重传感器是利用压电材料的压电效应,(2)滤波电路 图 6 滤波电路 电路所示是一个反相输入的一阶低通滤波器,关键词:电容式传感器;和电阻式传感器相比,称型生产设备和移动的称重系统中,电容式称重传感器有着自己独特的优点:能耗低,电容式传感器与电阻式、电感式等传感器相比有如下一些优点: (1)高阻抗、小功率。

  这些传感器都是模拟式的,分辨率高达百万分 之一,到混合 分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等,C;若 Cx1=Cx2,但是它的优点更为明显:功率小、阻抗高;动态响应时间短,则 U0≠0,易于制造,因两电容上叠加的交流电压值相等但相位相反,1 传感器课程设计 目录 一 、设计要求及用途 ............................................................................................ 1 1、功能与用途 ........................................................... 1 2、课题研究的意义 ...................................................... 1 3、国内外发展现状 ...................................................... 2 二、方案设计 .......................................................................................................... 3 方案一:电阻应变式称重传感器 ......................................... 4 方案二:电感式称重传感器 .............................................. 4 方案三:电容式重量传感器 .............................................. 4 三、电容式传感器工作原理 .................................................................................. 5 四、电路的工作原理 .............................................................................................. 6 五、单元电路设计、参数计算和器件选择 .......................................................... 7 1、单元电路设计 ................................................................................................ 7 2、器件选择 ........................................................................................................ 8 3、元器件清单 .................................................................................................... 8 六、总结 .................................................................................................................. 8 2 传感器课程设计 电容式重量传感器设计 一 、设计要求及用途 1、功能与用途 设计的电容式重量传感器电路。