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现代检测技术教案
篇一:桥式测量转换电路的三种工作方式为:单臂半桥式
绪论
教学要求
1．掌握检测等基本概念。
2．了解工业检测技术涉及的内容。 3．掌握自动检测系统的组成。 4．明确本课程的任务。
5．了解检测技术的发展趋势。
教学手段 多媒体课件，实物演示 教学课时 1学时 教学内容
一．检测（Detection）的定义（联系具体、日常生活的例子，如举“操冲秤象”的例子过程来说明检测的定义）
检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测与转换技术。 二．检测技术在国民经济中的地位和作用
举例说明：检测技术是现代化领域中很有发展前途的技术，它在国民经济中起着极
其重要的作用。
三．工业检测技术的内容（了解）
四．自动检测系统的组成（掌握） 1. 系统框图 (0-1)
2. 传感器（Transducer）及定义 3. 显示器
4. 数据处理装置 5. 执行机构
6. 自动检测系统举例(0-2)
五．检测技术的发展趋势（举例介绍）
当前，检测技术的发展主要表现在以下几个方面：
1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性 2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域 3.发展集成化、功能化的传感器
4.采用计算机技术，使检测技术智能化 5.发展网络化传感器及检测系统
六．本课程的任务和学习方法
本课程的任务是：在阐明测量基本原理的基础上，逐一分析各种传感器是如何将非电量转换为电量的，并介绍相应的测量转换电路、信号处理电路及各种传感器在工业中的应用。
本课程的学习方法是：要理论联系实际，要举一反三（演示光电开关，提问和讨论可以哪有几种用途，启发！），富于联想，善于借鉴，关心和观察周围的各种机械、电气等设备，重视实验和实训，这样才能学得活、学得好，才有利于提高今后解决实际问题的能力。
留一个问题给学生回去思考：举出课堂上演示过的光电开关共有哪几种用途，第二次上课时，回答得越多越好。
第一章 检测技术的基本概念
教学要求
1．掌握测量的基本概念和测量方法。 2．熟悉测量误差的分类和基本概念。 3．了解测量结果的数据统计处理。 4．掌握传感器的组成。 5．熟悉传感器分类。 6．掌握传感器基本特性
教学手段 多媒体课件、压力表演示 教学课时 2学时 教学内容
第一节 测量的一般概念及方法
对于测量方法，从不同的角度出发，有不同的分类方法。（须举例说明）： 1. 静态测量和动态测量 2. 直接测量和间接测量 3. 模拟式测量和数字式测量 4. 接触式测量和非接触式测量 5. 在线测量和离线测量
第二节 测量误差及分类
测量值与真值之间的差值称为测量误差（Measuring error）。测量误差可其不同特征进行分类。
一、绝对误差和相对误差桥式测量转换电路的三种工作方式为:单臂半桥式。
重要公式：
1．绝对误差（Absolute Error）
Δ=Ax－Ａ0
2．相对误差（Relative Error）（掌握基本概念！）
(1) 示值（标称）相对误差x (2)满度（引用）相对误差ｍ
我国模拟仪表有下列七种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。
表1-1 仪表的准确度等级和基本误差
讨论：上表说明什么？在正常工作条件下，可以认为仪表的最大绝对误差是不变的，而示值相对误差x随示值的减小而增大。
与同学一起做：例1-1：分析讨论仪表精度等级与量程范围及示值相对误差之间的关系。 二、粗大误差、系统误差和随机误差（掌握基本概念） 1．粗大误差（举例） 2．系统误差（举例） 3．随机误差（举例）
分析正态分布的规律：（举例）
（1）有界性（２）对称性（3）集中性 三、静态误差和动态误差
1．静态误差（Static Error）（举例） 2．动态误差（Dynamic Error）（举例）
第三节 传感器及基本特性
讨论传感器的组成及框图：传感器由敏感元件，传感元件及测量转换电路三部分组成。 分析：图1-3：传感器的组成框图
结合电位器式压力传感器的工作原理，可将图1-4方框中的内容具体化。 图1-5：电位器式压力传感器原理框图（演示该传感器） 二、传感器分类 1）按被测量分类 2）按测量原理分类 三、传感器基本特性
1.灵敏度（是否越大越好？）
分析：图1-6，用作图法求取传感器的灵敏度（先看多媒体动画） 2.分辨力（举例）
3.线性度（数值大好还是小好？）
图1-7：传感器线性度作图（先看多媒体动画） 4.稳定性（Regulation）（举例说明重要性） 5.电磁兼容性（EMC）（举例说明重要性） 6.可靠性（Reliability） (1)故障平均间隔时间（MTBF） (2)平均修复时间（MTTR） (3)故障率或失效率（）
图1-8：故障率变化曲线。
故障率的变化大体上可分成三个阶段：（以人的一生说明）
1）初期失效期 2）偶然失效期 3）衰老失效期
作业P143~7,课堂讨论：8
第二章 电阻传感器
教学要求
1．了解应变效应的原理。
2．了解应变片的类型、结构及其测量转换电路。 3．掌握应变效应的应用。
4．了解热电阻的工作原理及结构。 5．掌握热敏电阻的类型、特性和应用。
6．了解气敏电阻传感器的种类和工作原理。 7．了解大气的温度与露点的概念。
8．了解测量湿度的传感器的种类和特点。
教学手段 多媒体课件、应变演示及热敏电阻、气敏电阻、湿敏电阻的演示 教学课时 4学时 教学内容
第一节 电阻应变式传感器
从电阻丝的拉伸实验入手，观察电阻丝拉长时的阻值变化规律，讨论如何将这种原理用于测量应力、应变、力以及质量等非电量。 讨论电阻应变式传感器的组成。 一、工作原理
应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化。重要公式：（2－1）
电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学中的轴向应变x的关系式：（2－1），分析它在应用中的意义。
R /R与所受的力及电阻丝的横截面面积、材料的关系式：（2－2），分析它在电子秤中的意义。
二、应变片的种类结构与粘贴 1.应变片的类型与结构
表2-1列出了一些应变片的主要技术参数。（引导学生怎样看参数表）
表2-1 应变片主要技术指标
电子秤的设计
篇二:桥式测量转换电路的三种工作方式为:单臂半桥式
数理与信息工程学院
《单片机原理及应用》期末课程设计
题 目： 电子秤的设计
专 业： 电子信息工程
班 级：
姓 名：
学 号：
指导老师：桥式测量转换电路的三种工作方式为:单臂半桥式。
成 绩：
( 2007.1 )
目录
第一节 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.3
1.1本设计的任务和主要内容„„„„„„„„„„„„„3 第二节 硬件电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.1传感器的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„..4 2.1.1应变式电阻传感器的测量原理„„„„„„..4 2.1.2传感器的分类和选择„„„„„„„„„„..4
2.2放大电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„.5 2.3采集电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„.5
2.3.1数据采集系统的组成„„„„„„„„„„„.5
2.3.2数据采样保持器„„„„„„„„„„„„„.6
2.3.3 A/D转换器„„„„„„„„„„„„„„„„6
2.4显示电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.5键盘电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.6报警电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 第三节 软件的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.9
3.1监控程序的设计„„„„„„„„„„„„„„„„....9 3.2数据处理子程序的设计...............................9 3. 2.1数制转换..................................9
3.3数据采集子程序的设计„„„„„„„„„„„„„„„.10 3.4数据显示子程序的设计„„„„„„„„„„„„„„„.11 3.5键盘扫描子程序的设计„„„„„„„„„„„„„„„.12 3.6报警子程序的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„.13 第四节 设计总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 参考书籍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..16 程序附图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
电子秤的设计
第一节 绪论
随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
做为重量测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。
本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以半桥传感器为主,测量0～500g电子秤，随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。称重传感器输出的电量是模拟量，数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围。所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。然后，A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。其数据显示部分采用LCD显示，成本低且能很好地实现所要求的功能。
1.1本设计的任务和主要内容
设计的主要内容如下
（1）设计一款电子秤，用LED液晶显示器显示被称物体的质量 （2）可以设定该秤所称的上限 （3）当物体超重时，能自动报警 （4）写出详细的实验报告
第二节 电子秤的硬件设计
2.1 传感器的选择
2.1.1应变式电阻传感器的测量原理。
应变式电阻传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时，会产生机械变形，从而导致阻值变化。导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关。当导体受外力作用时，电阻率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化。因此，通过测量电阻值的大小，就可以反映外界力的大小。
电阻型应变片传感器的测量电路可采用桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个电阻均可以是应变片。
图2.1.1 桥式测量电路图
如能恰当的选择个桥臂的电阻，可以消除电桥的恒定输出，使输出电压只与应变片的电阻有关。 2.1.2传感器的分类和选择
应变片式电阻传感器按其测量电路（桥式）可分为单臂式、半桥式、全桥式三种。
所谓半桥，即将电桥的四臂接入四应变片。其中：一片受拉，一片受压，另外两应变片不受力。全桥是两片受拉，两片受压，故灵敏度比半桥式的大一倍。
本方案采用半桥式传感器。
2.2 放大电路的设计
传感器输出电压为毫伏级，而A/D转换器所能处理的电压是0～5V，所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100～200倍，使输出电压为0～5V。
由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放结构。
三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。
如图3-2所示，图中 为增益调节电阻，整个芯片仅 为外接电阻，而运放 为增益为1的差动输入放大器。
图2.2.1 放大电路硬件原理图
2.3采集电路的设计
2.3.1数据采集系统的组成
数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样/保持器，放大器，A/D转换器，计算机组成。
传感器内容
篇三:桥式测量转换电路的三种工作方式为:单臂半桥式
毕业设计电子秤的设计
篇四:桥式测量转换电路的三种工作方式为:单臂半桥式
目录
第一节 绪论................................................................3
1.1本设计的任务和主要内容.......................................3
第二节 硬件电路设计......................................................4
2.1传感器的选择.....................................................4
2.1.1应变式电阻传感器的测量原理....................4
2.1.2传感器的分类和选择................................4
2.2放大电路的设计....................................................5
2.3采集电路的设计....................................................5
2.3.1数据采集系统的组成..................................5
2.3.2数据采样保持器........................................6
2.3.3 A/D转换器................................................6
2.4显示电路的设计......................................................7
2.5键盘电路的设计......................................................8
2.6报警电路的设计......................................................9
第三节 软件的设计.............................................................9
3.1监控程序的设计....................................................9
3.2数据处理子程序的设计...............................9
3. 2.1数制转换..................................9
3.3数据采集子程序的设计..............................................10
3.4数据显示子程序的设计..............................................11
3.5键盘扫描子程序的设计..............................................12
3.6报警子程序的设计 ....................................................13
第四节 设计总
结..................................................................15
参考书
籍.............................................................................16
程序附图..............................................................................17
电子秤的设计
数理与信息工程学院 电信041班 黄伟东
指导老师 余水宝
第一节 绪论
随着时代科技的迅猛发展
微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响
常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代
使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化 并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统
使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高
做为重量测量仪器
智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确
测量速度快
易于实时测量和监控的巨大优点
并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称
成为测量领域的主流产品
本文设计的电子秤以单片机为主要部件
用汇编语言进行软件设计
硬件则以半桥传感器为主
测量0～500g电子秤
随时可改变上限阈值
并达到阈值报警的功能
称重传感器输出的电量是模拟量
数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围
所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理
然后
A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示
其数据显示部分采用LCD显示
成本低且能很好地实现所要求的功能
1.1本设计的任务和主要内容
设计的主要内容如下
（1）设计一款电子秤
用LED液晶显示器显示被称物体的质量
（2）可以设定该秤所称的上限
（3）当物体超重时
能自动报警
（4）写出详细的实验报告
第二节 电子秤的硬件设计
2.1 传感器的选择
2.1.1应变式电阻传感器的测量原理
应变式电阻传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时
会产生机械变形
从而导致阻值变化
导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关
当导体受外力作用时
电阻率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化
因此
通过测量电阻值的大小
就可以反映外界力的大小
电阻型应变片传感器的测量电路可采用桥式测量电路
桥式测量电路有四个电阻
其中任何一个电阻均可以是应变片
图2.1.1 桥式测量电路图
如能恰当的选择个桥臂的电阻
可以消除电桥的恒定输出
使输出电压只与应变片的电阻有关
2.1.2传感器的分类和选择
应变片式电阻传感器按其测量电路（桥式）可分为单臂式、半桥式、全桥式三种
所谓半桥
即将电桥的四臂接入四应变片
其中：一片受拉
一片受压
另外两应变片不受力
全桥是两片受拉
两片受压
故灵敏度比半桥式的大一倍
本方案采用半桥式传感器
2.2 放大电路的设计
传感器输出电压为毫伏级
而A/D转换器所能处理的电压是0～5V
所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大
放大倍数为100～200倍
使输出电压为0～5V桥式测量转换电路的三种工作方式为:单臂半桥式。
由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低 故采用三运放结构
三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点
且有良好的温度稳定性
低噪单端输出和和增益调整方便
适于在传感器电路中应用
如图3-2所示
图中 为增益调节电阻
整个芯片仅 为外接电阻
而运放 为增益为1的差动输入放大器
图2.2.1 放大电路硬件原理图
2.3采集电路的设计
2.3.1数据采集系统的组成
数据采集系统的核心是计算机
他对整个系统进行控制和数据处理
他由采样/保持器
放大器
A/D转换器
计算机组成
2.3.1 数据采样系统框图
2.3.2数据采样保持器
进行模数变换时
从启动变换到变换结束的数字量输出
需要一定的时间
即A/D转换的孔径时间
当输入信号频率较高
由于孔径时间的存在
会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器
进行有效、正确的数据采集
采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成
其中对于低速场合可以采用继电器作为开关以减小开关漏电流的影响；在高速场合也可以用晶体管、场效应管来作为开关
采样保持器的原理：如图
当开关闭合时
V1通过限电流电阻向电容C充电
在电容值合理的情况下
V0随Vi的变化而变化；当K断开时
由于电容C有一定的容量
此时输出V0保持输入信号再开断开瞬间的电平值
图2.3.2 采样保持原理图
在模拟信号输入通道中
是否需要加采样/保持器
取决于模拟信号的变化频率和A/D转换器的孔径时间；对快速过程信号 当最大孔径误差超过允许值时
必须在A/D转换器前加采样/保持器
但如果输入模拟量是直流量或者被测信号模拟量随时间变化非常缓慢 采样/保持（S/H）电路可以省去
2.3.3 A/D转换器
设计中A/D转换器用的是ADC0809 A/D转换器
它是8路8位逐次逼近式转换器
结果为8位二进制数据
转换时间短（一般在级）
满足题目要求的"实时采样"
并且它的转换精度在0.1%上下
比较适中
适用于一般场合
由图2.3.3可见
单片机通过读控制线WR和0809片选线控制启动A/D转换及输入通道地址锁存 写控制线WR与ADC0809片选线控制输出允许
由于ADC0809具有通道地址锁存功能
通道选择ADD.A、ADD.B、ADD.C直接接单片机的数据口
模拟电压由IN0通道输入
A/D采样电压在0～5v之间变化
所模拟通道IN0地址口为0AOOOH
但是ADC0809无内置时钟