电子汽车衡电路设计与制作

电子汽车衡电路设计与制作

一、实验目的： 本实验要求学生设计并制作一个电子汽车衡电路，要求能测量重量在 0～200g 间的物体，输出为电压信号，通过调节电路使电压值为对应的重量值，电压量纲 mv 改为重量纲 g 即成为一台原始电子汽车衡。

二、基本原理： 基本思路 总体设计思路如图 1 所示， 所测重量经过转换元件转换为电阻变化，再经过测 量电路转化为电压变化，经过放大电路放大调节后输出显示得到所需信号。

被测 物体 重量 转换 元件 测量 电路 差分 放大 电路 二级 放大 电路 输出 显示 图 1 基本设计思路 电阻应变式传感器 本设计主要通过电阻应变式传感器实现。

电阻应变式传感器是利用电阻应变片 将应变转换为电阻的变化， 实现电测非电量的传感器。

传感器由在不同的弹性敏 感元件上粘贴电阻应变片构成， 当被测物理量作用在弹性敏感元件上时，弹性敏 感元件产生变形， 并使附着其上的电阻应变片一起变形， 电阻应变片再将变形转 换为电阻值的变化。

应变式电阻传感器是目前在测量力、力矩、压力、加速度、 重量等参数中应用最广泛的传感器之一。

1、弹性敏感元件 物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形， 而当外力去掉后物 体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。

具有弹性变形特 性的物体称为弹性元件。

弹性敏感元件是指元件在感受到力、压力、力矩、振动等被测参量时，能将其 转换成应变量或位移量， 弹性敏感元件可以把被测参数由一种物理状态转换为另 一种所需要的物理状态。

2、电阻应变片

对于一段长为 L，截面积为 S，电阻率为 ρ 的导体，未受力时电阻为 R = ρ ，在外力的作用下，电阻丝将会被拉伸或压缩，导体的长度 L、截面积 S 以及 电阻率 ρ 等均将发生变化，从而导致其电阻值发生变化，这种现象称为“电阻 应变效应” 。

利用金属或半导体材料电阻丝的应变电阻效应， 可以制成测量试件表面应变的 敏感元件。

为在较小的尺寸范围内感受应变，并产生较大的电阻变化，通常把应 变丝制成栅状的应变敏感元件，即电阻应变片，通常由敏感栅、基底、盖片、引 线和黏结剂等组成。

测量电路 电阻应变片把机械应变信号转换成电阻变化后， 由于应变量及其应变电阻变化 一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。

因此，必须采用转换电 路，把应变计的电阻变化转换成电压或电流变化，以便于测量。

具有这种转换功 能的电路称为测量电路。

电子汽车衡电桥电路是目前广泛采用的测量电路，常见的直流电桥电路如图 2， R1 R2 R4 R3 Uo U 图 2 直流电桥 电桥输出电压为 Uo= U （式 1） R1、R2、R3、R4 为四个桥臂，当一个臂、两个臂或四个臂接入应变片时，就 相应构成了单臂、双臂和全臂工作电桥。