智能化应变式称重传感器设计

发布时间：2017-06-20 08:05

  本文关键词：智能化应变式称重传感器设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：衡器是计量物体质量的装备，是应用范围最广、品种数量最多的法制计量器具。衡器的核心部件是称重传感器，其性能对衡器的整体指标起决定性作用。智能化称重传感器解决了模拟称重传感器受环境影响大及精度不高等缺点，能够对非线性、温度及蠕变等制约精度的因素进行补偿，并采用标准的总线接口以数字形式输出结果。 随着经济的发展，我国衡器及称重传感器行业产值逐年增加，但从技术水平分布来看，主要集中在技术水平相对落后、利润少的产品。因此设计一种新型实用的智能化应变式称重传感器器不管是在技术积累还是市场竞争中都具有重要的意义。 本文首先对智能化称重传感器的核心传感元件电阻应变片的称重原理进行详细剖析，并指出电子系统的噪声对称重传感器精度的影响及常用的解决方法，然后以本文所设计的样机为例，阐述智能化应变式称重传感器的硬件设计和软件设计。硬件设计中详细讲述由应变片供电电路、低噪声放大电路、高精度A/D转换电路构成的高精度称重数据采集电路和智能化称重传感器不可或缺的MCU管理和运算单元以及通信接口等模块的设计。以MDK提供的RTOS框架RL-RTX为基础对各软件模块进行构建，，包括称重和温度等数据的采集和预处理、通信协议的设计及实现等。 随后，本文分析智能化应变式称重传感器中的非线性误差产生原因及计算方法，并给出以最小二乘拟合对非线性误差进行补偿的方法。同时分析智能化称重传感器中蠕变误差及温度的影响，并详细蠕变补偿的方法。 本文设计的智能化应变式称重传感器样机采用RS-485接口，具有非线性和蠕变补偿功能，整体精度高，根据《JJG669-2003称重传感器检定规程》对各项指标进行试验的结果，其分度数达到60000，满足B级称重传感器指标。
【关键词】：智能化称重传感器 电阻应变片 数据采集 非线性补偿 蠕变补偿
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH715.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 称重传感器发展概述11-12
• 1.2 智能化称重传感器的发展现状及趋势12-15
• 1.2.1 智能化称重传感器的发展现状12-14
• 1.2.2 智能化称重传感器的发展趋势14-15
• 1.3 本文的研究意义15-16
• 1.4 本文的主要工作16-17
• 第2章 电阻应变片原理及调理技术研究17-29
• 2.1 电阻应变片的工作原理17-22
• 2.1.1 电阻应变片称重原理17-18
• 2.1.2 应变电桥及其供电方式18-20
• 2.1.3 应变电桥的比例称重技术20-22
• 2.2 电阻应变片信号调理中的电子噪声22-26
• 2.2.1 电子器件固有噪声22-24
• 2.2.2 运算放大器的噪声模型24-26
• 2.3 低噪声电路调理技术26-29
• 2.3.1 斩波放大技术26-27
• 2.3.2 Δ-Σ型 A/D 转换技术27-29
• 第3章 智能化应变式称重传感器硬件设计29-44
• 3.1 智能化应变称重传感器的硬件结构29
• 3.2 高精度称重信号采集电路设计29-37
• 3.2.1 应变片的选型30
• 3.2.2 应变片供电电路设计30-33
• 3.2.3 低噪声放大电路设计33-36
• 3.2.4 高精度 A/D 转换电路设计36-37
• 3.3 MCU 管理单元及通信接口电路设计37-41
• 3.3.1 STM32F103 处理器介绍37-39
• 3.3.2 温度采集电路39-40
• 3.3.3 信息存储电路设计40
• 3.3.4 通信接口电路40-41
• 3.4 硬件抗干扰设计41-44
• 3.4.1 静电及脉冲干扰抑制42
• 3.4.2 电源去耦设计42
• 3.4.3 RS-485 抗共模干扰设计42-44
• 第4章 智能化应变式称重传感器软件设计44-56
• 4.1 STM32 开发环境简介44-46
• 4.1.1 MDK 平台简介44-45
• 4.1.2 采用 RTOS 的优点45
• 4.1.3 RL-RTX 的特点45-46
• 4.2 数据采集部分软件设计46-49
• 4.2.1 A/D 转换程序46-48
• 4.2.2 温度采集程序48-49
• 4.3 称重数据预处理49-51
• 4.3.1 算术平均滤波算法50
• 4.3.2 传感器标定50-51
• 4.4 通信协议设计51-54
• 4.4.1 Modbus 协议简介51-52
• 4.4.2 智能化称重传感器通信协议实现52-54
• 4.5 上位机测试管理软件设计54-56
• 第5章 智能化应变式称重传感器的误差补偿56-63
• 5.1 传感器的非线性误差及补偿56-59
• 5.1.1 电阻应变片的非线性误差56-57
• 5.1.2 桥路输出的非线性误差57
• 5.1.3 非线性误差补偿57-58
• 5.1.4 非线性补偿结果58-59
• 5.2 传感器的蠕变误差与补偿59-63
• 5.2.1 电阻应变片的蠕变误差60-61
• 5.2.2 蠕变误差的补偿61-63
• 第6章 智能化应变式称重传感器的试验结果63-67
• 6.1 智能化称重传感器的技术指标63-64
• 6.2 智能化称重传感器的检定试验方法64-65
• 6.2.1 检定试验条件64
• 6.2.2 检定试验程序64-65
• 6.3 智能化称重传感器试验结果65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 附录 A 攻读学位期间所发表的论文74-75
• 附录 B 智能化应变式称重传感器实物图75

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 潘淙;家用经济型智能电子秤中称重模块的设计与研究[D];山东大学;2013年

  本文关键词：智能化应变式称重传感器设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：464937