學(xué)習(xí)情境22主要內(nèi)容設(shè)計要求1仿真設(shè)計2軟件設(shè)計3實物制作4設(shè)計步驟12354任務(wù)分析確定方案仿真設(shè)計軟件設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試6實物制作置零：在開機(jī)或稱重過程中，儀表顯示偏離零點且在稱重范圍內(nèi)，則可按[置零]鍵，顯示零值并零點指示燈亮。去皮：在稱重顯示狀態(tài)下，按[去皮]鍵，則顯示零值并去皮指示燈亮；在去皮狀態(tài)下，拿掉皮重物時按[去皮]鍵，可以清除皮重值。標(biāo)定功能：為保證儀器預(yù)定精度的可靠性和合法性，儀器必須定期校準(zhǔn)，為用戶提供一種方便的自動校準(zhǔn)方式。電子秤的組成

1．電子秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成：圖2-1電子秤的基本結(jié)構(gòu)（1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。電子秤的組成對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要?。荒茉谳^差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。電子秤的組成(3)測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。圖2電子秤測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖電子秤的計量性能電子秤的計量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級等。（1）量程：電子衡器的最大稱量Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。（2）分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e或d來表示。（3）分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)n與分度值d的乘積來表示，即Max=n?d準(zhǔn)確度等級國際法制計量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類等級，分別對應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，如下表2-2所示：電子秤主要部件

稱重傳感器稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產(chǎn)生的誤差約占電子秤整機(jī)誤差的50%~70%。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在人們設(shè)計電子秤時，正確地選用稱重傳感器非常重要。①電阻應(yīng)變式稱重傳感器是把電阻應(yīng)變計粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當(dāng)?shù)姆绞浇M成電橋，將力（重量）轉(zhuǎn)換成電信號的轉(zhuǎn)換元件。②電容式稱重傳感器是把被稱物體的重量轉(zhuǎn)換為電容器容量變化的一種傳感器，它以各種不同類型的電容量作為轉(zhuǎn)換元件，實際是一個具有可變參數(shù)的電容器。由于電容式傳感器存在輸出特性的非線性，寄生電容、分布電容對靈敏度和稱重精度的影響，傳感器連接電路比較復(fù)雜等問題，直接影響到它的可靠性，所以限制了它的應(yīng)用。

③壓磁式稱重傳感器也稱磁彈性傳感器，它是一種力—電轉(zhuǎn)換的無源傳感器。它的工作原理是利用壓磁效應(yīng)，將被稱重量的變化轉(zhuǎn)換成傳感器導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率變化并輸出電信號。壓磁傳感器具有輸出信號大，抗干擾性能好，承載能力強(qiáng)，不均勻載荷對測量準(zhǔn)確度的影響小，能在惡劣的環(huán)境中工作，結(jié)構(gòu)簡單便于加工等優(yōu)點；缺點是準(zhǔn)確度低，反應(yīng)速度慢。它常用于冶金、礦山、運輸?shù)裙I(yè)部門的這種要求承受大噸位，并要求牢固可靠；安全報警等測力或稱重場合。

電阻應(yīng)變式稱重傳感器電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個主要部分，一個是彈性敏感元件，利用它可以將測得的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個是電阻應(yīng)變計，它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。

在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，通過橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理框圖如圖3所示。圖2-3電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理框圖圖4橋式測量電路電阻應(yīng)變式稱重傳感器的橋式測量電路如圖4所示。R1、R2、R3、R4為4個應(yīng)變片電阻，組成了橋式測量電路，Rm為溫度補(bǔ)償電阻，e為激勵電壓，V為輸出電壓。電橋的輸出電壓和4個橋臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，4個應(yīng)變片分別貼在彈性梁的4個敏感部位，傳感器受力作用后發(fā)生變形。在力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，R1、R3為正值，R2、R4被壓縮，阻值減小，R2、R4為負(fù)值，再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對值相同，即

A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）在實際的測量和控制系統(tǒng)中檢測到的是時間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量，這種連續(xù)變化的物理量稱之為模擬量，與此對應(yīng)的電信號是模擬電信號。模擬量要輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，首先要經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)才能接收、處理。實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的部件稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和電子計算機(jī)技術(shù)在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為滿足各種不同的檢測及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換電路不斷產(chǎn)生。目前世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的積分型、并行、逐次逼近型ADC，壓頻變換型ADC，也有近年來發(fā)展起來的△－∑型和流水線型。多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點并能滿足不同的具體要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的發(fā)展方向。此外，其內(nèi)置高性能儀表放大器，大大降低對信號源的要求。電子秤電阻應(yīng)變式稱重傳感器輸出信號為mV級，若采用一般的A/D轉(zhuǎn)換器往往需要放大后才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。而△－∑A/D轉(zhuǎn)換器大都采用了增益可編程放大器，可編程數(shù)字濾波、多種自校準(zhǔn)技術(shù)等多項先進(jìn)技術(shù)，并多數(shù)采用微處理器來管理與控制轉(zhuǎn)換程序，由于采用了多種綜合技術(shù)措施，放大器的增益調(diào)整、數(shù)字濾波和誤差校正都集中在同一芯片中，外圍器件少，使用方便可靠。它的這些優(yōu)點正符合電子秤正朝著小型化，高精度，智能化方向發(fā)展。因此，電子秤的設(shè)計選用△－∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器較為合理。任務(wù)分析學(xué)習(xí)要求：在這一環(huán)節(jié)學(xué)生分組并結(jié)合引導(dǎo)問題查閱資料、到企業(yè)調(diào)研，在充分了解電子秤的種類、電子秤的用途、電子秤的結(jié)構(gòu)、主要功能和技術(shù)指標(biāo)，確定本次設(shè)計的電子秤的用途，完成任務(wù)分析表、填寫過程記錄表。引導(dǎo)問題:（1）生活中哪些場合用到電子秤？（2）常用的電子秤的種類有哪些？（3）所了解的電子秤企業(yè)有哪幾家？生產(chǎn)什么樣的電子秤？有什么用途？（4）所了解的電子秤有哪些功能？其具體含義是什么？（5）準(zhǔn)備設(shè)計與制作哪一種類型的電子秤？用途？有沒有特殊功能？（6）待設(shè)計電子秤對精度有什么要求？精度的概念是什么？（7）待設(shè)計電子秤的量程范圍是多少？（8）待設(shè)計電子秤選擇多少分度數(shù)？（9）電子秤的分度值的含義是什么？（10）電子秤是如何工作的？（11）對電子秤的國家標(biāo)準(zhǔn)了解嗎？

表2－2電子秤設(shè)計與制作任務(wù)分析表項目名稱班級小組編號完成時間產(chǎn)品用途詳細(xì)功能描述技術(shù)指標(biāo)描述安裝要求成本要求檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計者在過程記錄表中詳細(xì)記錄自己為確定電子秤的具體功能和指標(biāo)而所做的努力，包括根據(jù)引導(dǎo)問題準(zhǔn)備要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，以及隨著對電子秤的了解進(jìn)一步要學(xué)習(xí)的內(nèi)容；完成這些學(xué)習(xí)內(nèi)容所用的時間與方法；在收獲一欄中詳細(xì)說明自己所獲得的有關(guān)電子秤專業(yè)方面的知識和其它能力的提高。填寫學(xué)習(xí)過程記錄卡。學(xué)習(xí)過程記錄單學(xué)習(xí)項目學(xué)習(xí)任務(wù)名稱班級小組負(fù)責(zé)開始時間計劃完成時間實際完成時間學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)記錄學(xué)習(xí)時間學(xué)習(xí)方法、地點完成情況存在問題及建議確定的設(shè)計方案通過引導(dǎo)問題的學(xué)習(xí)，以及資料收集、企業(yè)調(diào)研和實習(xí)，進(jìn)行方案編寫，要求，如實填寫過程記錄卡。設(shè)計方案的包含以下內(nèi)容：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）元器件選型（3）電子秤測試標(biāo)準(zhǔn)（4）工作進(jìn)度安排引導(dǎo)問題：1.電子秤由哪幾部分