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电子测量原理
电子称的设计
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日期：2014年4月11日
一 摘 要
电阻应变式传感器是根据应变原理， 通过应变片和弹性元件将机械构件的应变或应力转换为电阻的微小变化再进行电量测量的装置。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。
（1） 测量范围宽、精度高，如测量力可达10-1～106N、 0.05% F.S10～1011Pa、0.1% F.S，测量应变可达με～kμε级；
（2） 动态响应好，一般电阻应变片响应时间为10-7s， 半导体式应变片响应时间达10-11s；
（3）结构简单，使用方便，体积小，重量轻；品种多，价格低， 耐恶劣环境， 易于集成化和智能化。
电阻应变片传感器通过调节放大器的放大倍数，并采用 A/D转换器，通过A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。这种电子秤具有精确度高，操作简单，性能稳定 ，价格低廉，成本低，制作简单等优点。
二 系统方案
利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到A/D转换器。其次，由A/D转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/D转换电路中。再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。
具体方案如下：
电阻应变式传感器输出 信号 差动放大电路放大信 号 A/D 转换电 路 （双积分） 显示电路 （LED）
三 具体实施方案
电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。
3.1 应变式传感器的工作原理
任何在线性范围内变形的弹性体，当其受力发生变形时，长度将发生改变，产生应变，这种效应称为应变效应。长度的相对变化称为应变，用ε表示，ε=ΔL/L，其中L是原始长度，ΔL是变化量。利用电阻应变片将应变转化为电阻变化的传感器通称为应变式传感器。
应变式传感器的工作原理是，机械弹性结构体受力变形时产生应变效应，这种应变效应由电阻应变片完成检测，应变片的电阻变化再由电桥完成信号的转换，并最终输出与弹性体受力成对应关系的电信号。
为了弄清楚电阻应变片的工作原理，先考察金属电阻丝受力变形后的电阻变化，电阻丝拉伸前后的变化所示。
图 金属丝应变效应
金属丝的原始长度是L，半径r，受力F作用后长度为L+ΔL，半径为r-Δr。 根据金属丝的电阻计式， 对变化，表达式如下：
由R的全微分得到R的相
?L?R?L?S????? R L S ? R?式中：ΔL/L是长度的相对变化，即应变ε；ΔS/S是截面积的相对变化；Δρ/ρ是电阻率的相对变化。
对于金属丝的变形，有
?S2πr?r?r?L??2???2?S π r 2 r L 式中：μ为泊松比，它反映了金属丝变形后长度的相对变化ΔL/L和半径的相对变化Δr/r之间的比例关系，如对于钢材，μ=0.285。