便攜式數(shù)顯電子秤具有準(zhǔn)確度高、易于制作、成本低廉、體積小巧、實(shí)用等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中的電子秤以電阻式應(yīng)變式傳感器為主，經(jīng)放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)顯面板表上，其分辨力為 1g，在 2kg 的范圍內(nèi)仔細(xì)調(diào)整，其精確度較高。

1.電阻應(yīng)變式傳感器簡(jiǎn)介

電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器具有精度高，性能穩(wěn)定，測(cè)量范圍寬，可制成各種機(jī)械量傳感器，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，可在超低溫、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)。

電阻應(yīng)變式傳感器是目前用于測(cè)量力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)最廣泛的傳感器之一。它是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)制造的一種測(cè)量微小機(jī)械變量的傳感器。金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體受到外力作用時(shí)，不僅產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變（伸長(zhǎng)或縮短），而且其電阻值也將隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象成為電阻的應(yīng)變效應(yīng)。

電阻應(yīng)變式傳感器是通過(guò)彈性敏感元件將外部的應(yīng)力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變ε，再根據(jù)電阻應(yīng)變效應(yīng)，由電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻值的微小變化，通過(guò)測(cè)量電橋轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是電阻應(yīng)變片，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一般為橋式電路。只要將應(yīng)變片粘貼于各種彈性體上，并使其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成了測(cè)量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器，可以測(cè)量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度及位移等物理量。

電阻應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成傳感器元件電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。由于應(yīng)變量ε通常在 5000μ 以下，所引起的電阻變化 dR/R 一般都很微小，既難以直接測(cè)量準(zhǔn)確，又不便直接處理，所以必須使用專門(mén)的電路測(cè)量這種微弱的電阻變化，而最常用的測(cè)量電路就為電橋電路。

應(yīng)變片的測(cè)量電橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、線性度好、精度高和容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)變片能很好地滿足應(yīng)變測(cè)量的要求，是目前使用最多最廣泛的一種測(cè)量電路。

2.測(cè)力傳感器的選擇

由于傳感器的精度高低、性能好壞將直接影響整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的品質(zhì)和運(yùn)行狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，精度和性能是選用傳感器的依據(jù)。一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)劣關(guān)鍵在于傳感器的選擇。選擇傳感器總的原則是：在滿足對(duì)傳感器所有要求的情況下，必須保證成本低廉、工作可靠且易維修，即性能價(jià)格比要較高。

選擇傳感器的一般原則可按下列步驟進(jìn)行：①根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型。要實(shí)現(xiàn)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素后才能確定使用何種傳感器。②靈敏度的選擇。通常在傳感器的線性范圍內(nèi)希望傳感器的靈敏度越高越好，因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)比較大，這樣才有利于信號(hào)處理。③頻率響應(yīng)特性。傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失靈的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總是有一定延遲，因此，希望延遲時(shí)間越短越好。④線性范圍。傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。⑤穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素，除了傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。⑥精度。精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的重要環(huán)節(jié)。

3.數(shù)顯電子秤的工作原理

數(shù)顯電子秤電路的主要部分包括由電阻應(yīng)變式傳感器R1、IC2 及 IC3 組成的測(cè)量放大電路，和由 IC1 與外圍元件組成的數(shù)顯面板表。傳感器 R1 采用 E350-2AA 箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為 350Ω。測(cè)量電路將 R1 產(chǎn)生的電阻應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。IC3 將經(jīng)轉(zhuǎn)換后的弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大，作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入。IC4 提供 1.22V 基準(zhǔn)電壓，它同時(shí)經(jīng) R5、R6 及 Rp2 分壓后作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入。7/2 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7126 的參考電壓輸入正端由 Rp2 中間觸頭引入，負(fù)端則由 Rp3 的中間觸頭引入。兩端參考電壓可對(duì)傳感器的非線性誤差進(jìn)行適量補(bǔ)償。

4.數(shù)顯電子秤的制作與調(diào)試

本設(shè)計(jì)中的電子秤形變鋼件可用普通鋼鋸條制成，制作方法是：首先將鋸齒打磨平整，再將鋸條加熱至微紅，趁熱加工成 U 形，并在對(duì)應(yīng)位置鉆孔，以便后續(xù)安裝，然后再將其加熱至橙紅色（700-800℃），迅速放入冷水中淬火，以提高剛度，最后進(jìn)行表面處理工藝。有條件時(shí)，可制造成準(zhǔn)S 形應(yīng)變片傳感器，但其成品價(jià)格較高。秤鉤可用強(qiáng)力膠黏接于鋼件底部，用專用應(yīng)變膠粘劑將應(yīng)變片黏接于鋼件變形最大的部分（內(nèi)側(cè)正中）。這時(shí)其受力變化與阻值變化剛好相反。拎環(huán)應(yīng)用活動(dòng)鏈條與秤體連接，以便使用時(shí)秤體能自由下垂，同時(shí)拎環(huán)還應(yīng)與秤鉤在同一垂線上。

在調(diào)試時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備 1kg 和 2kg 標(biāo)準(zhǔn)碼各一個(gè)，其調(diào)試過(guò)程如下：①調(diào)零。首先在秤體自然下垂已無(wú)負(fù)載時(shí)調(diào)整 Rp1，使顯示器準(zhǔn)確顯示零。調(diào)整 Rp1 可引出表外進(jìn)行。測(cè)量前先調(diào)整 Rp1，使顯示器回零。Rp1 選用精密多圈電位器。②調(diào)滿度。調(diào)整 Rp2，使秤體承擔(dān)滿量秤重量（本電路選滿量程為 2kg）時(shí)顯示滿量程值。③校準(zhǔn)。在秤鉤下懸掛 1kg 的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，觀察顯示器是否顯示 1.000，如有偏差，可調(diào)整 Rp3值，使之準(zhǔn)確顯示 1.000。④反復(fù)調(diào)整。重新進(jìn)行步驟②、③，使之均滿足要求為止。⑤電路定型。準(zhǔn)確測(cè)量 Rp2、Rp3電阻值，并用固定精密電阻予以代替。