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天平的设计

上网日期: 2012年10月23日 ?? 作者: KannanSadasivam,Sachin Gupta ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:模拟前端? ADC? 称重感应器?

数字天平是精度最高的模拟仪器之一。它采用力感应器检测物体重量。天平被广泛用于各种不同应用,包括销售点终端乃至工业测量设备等。

最常见的天平设计方法是将电阻称重感应器配置为惠斯通电桥。然而,由于精确度要求较高,感应器的接口非常复杂。在称重感应器中,信号电平很低,使得噪声影响很大。本文将讨论如何准确测量信号,从而充分满足天平的精密测量需求。本文还将探讨称重感应器的不同参数及其对精度的影响。天平系统不仅仅是一个用于实现高精度测量的模拟前端 (AFE),同时还要具备清晰的用户界面以及用于解决电池电量不足问题的升压电路。此外,对于某些天平而言,还需要通过某种通信协议与主机控制器进行通信。其它需要考虑的因素还包括成本管理问题以及如何使天平设计能够集成上述所有特性。

模拟前端

我们先来看看天平的模拟前端。图1显示了天平应用的模拟前端基本布局。

天平的设计(电子工程专辑)
图1:天平的模拟前端

在此布局中,首先将传感器的输出信号进行放大,然后利用滤波去除电源和机械振动产生的噪声。滤波后的输出信号由高分辨率ADC进行采样。称重感应器就是电阻感应器,用来根据施加的负载情况提供比例电压。最常用的称重感应器包括若干个应变仪(strain gauges),并连接成一个惠斯通电桥。图2显示了构成称重感应器的应变仪在惠斯通电桥中的基本布局。

天平的设计(电子工程专辑)
图2:全桥称重感应器配置

这是称重感应器的全桥布局,也称全工作状态,即所有臂都有应变仪并对输出变化起作用,其中两个应变仪发生张力正向变化,而另外两个应变仪则发生压缩正向变化。这样,当向感应器施加压力时,两个感应器的电阻会增加,另外两个的电阻减小。电阻的变化导致电桥不平衡,从而形成与加载重量相对应的差动输出。


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