称重传感器的原理及应用随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。
1．高速定量分装系统本系统由微机控制称重传感器的称重和比较，并输出控制信号，执行定值称量，控制外部给料系统的运转，实行自动称量和快速分装的任务。
系统采用MCS-51单片机和V/F电压频率变换器等电子器件，其硬件电路框图如图1所示，用8031作为中央处理器，BCD拔码盘作为定值设定输入器，物料装在料斗里，其重量使传感器弹性体发生变形，输出与重量成正比的电信号，传感器输出信号经放大器放大后，输入V/F转换器进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入8031微处理器中，其数字量由微机进行处理。
微机一方面把物重的瞬时数字量送入显示电路，显示出瞬时物重，另一方面则进行称重比较，开启和关闭加料口、放料于箱中等一系列的称重定值控制。
图1 原理框图在整个定值分装控制系统中，称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件，选用GYL-3应变式称重测力传感器。
四片电阻应变片构成全桥桥路，在所加桥压U不变的情况下，传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥桥压成正比，而且，供桥桥压U的变化直接影响电子称的测量精度，所以要求桥压很稳定。
毫伏级的传感器输出经放大后，变成了0-10V的电压信号输出，送入V/F变换器进行A/D转换，其输出端输出的频率信号加到单片机8031定时器1的计数、输入端T1上。
在微机内部由定时器0作计数定时，定时器0的定时时间由要求的A/D转换分辩率设定。
定时器1的计数值反映了测量电压大小即物料的重量。
在显示的同时，计算机还根据设定值与测量值进行定值判断。
测量值与给定值进行比较，取差值提供PID运算，当重量不足，则继续送料和显示测量值。
一旦重量相等或大于给定值，控制接口输出控制信号，控制外部给料设备停止送料，显示测量终值，然后发出回答令，表示该袋装料结束，可进行下袋的装料称重。
图2所示为自动称重和装料装置。
每个装料的箱子或袋子沿传送带运动，直到装有料的电子称下面，传送带停止运动，电磁线圈2通电，电子称料斗翻转，使料全部倒入箱子或袋子中，当料倒完，传送带马达再次通电，将装满料的箱子或袋子移出，并保护传送带继续运行，直到下一次空袋或空箱切断光电传感器的光源，与此同时，电子称料箱复位，电磁线圈1通电，漏斗给电子秤自动加料，重量由微机控制，当电子秤中的料与给定值相等时，电磁线圈1断电，弹簧力使漏斗门关上。
装料系统开始下一个装料的循环。
当漏斗中的料和传送带上的箱子足够多时，这个过程可以持续不断地进行下去。
必要时，*作人员可以随时停止传送带，通过拔码盘输入不同的给定值，然后再启动，即可改变箱或袋中的重量。
图2 自动称重和装料装置本系统选用不同的传感器，改变称重范围，则可以用到水泥、食糖、面粉加工等行业的自动包装中。
2．传感器在商用电子秤中的应用目前，商用电子计价秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆称和机械案秤。
电子计价秤在秤台结构上有一个显著的特点：一个相当大的秤台，只在中间装置一个专门设计的传感器来承担物料的全部重图3 计价秤内部结构示意图量，如图3所示。
常用的电子计价秤传感器的结构如图4所示，其中图4（a）为双连椭圆孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部上平面的两个螺孔紧固；图4（b）为梅花型四连孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部侧面的三个螺孔坚固，中间支杆上粘贴补偿用的应变片。
这两种形式的传感器，在计价秤中用得最多。
图4（c）为三梁式弯曲弹性体，采样弯曲应力，对重量反应敏感，宜用来制作小称量计价秤。
图4（d）为三梁式剪切弹性体，采样中间敏感梁的剪切应力，宜用来制作几百公斤称量范围计价秤。
图4 计价秤用弹性体结构用这些复梁型高精度传感器来支承一个大的称重平台，被称重物又可能放置在任何称台的任意位置上，必然会产生四角示值误差，对图4（a），（b）两种结构形式的传感器，可通过锉磨的形式进行角差修正。
对图4(c)，(d)，它有上下两根局部削弱的柔性辅助梁，使传感器对侧向力、横向力和扭转力矩具有很强的抵抗能力，可以通过锉磨辅助梁的柔性部位来调整传感器的灵敏系数和四角误差。
图5为一种商用电子计价秤的电路框图。
传感器采用的是图4（b）所示的梅花型四连孔结构，该秤具有置零、自动清除单价、零位自动跟踪、自动去皮、次数累计和金额累计、打印输出等功能，7段绿色荧光数码管显示，使用十分方便。
图5 电子计价秤的电路框图图6是采用CHBL3型号S型双连孔弹性体称重传感器制作的便携式家用电子手提秤的原理图，由称重传感器、放大电路、A/D转换和液晶显示四部分组成。
图中，E为9V的叠层电池，R1-R4是称重传感器的4个电阻应变片，R5、R6与W1组成零点调整电路。
当载荷为零时，调节RW1使液晶显示屏显示为零。
A1，A2为双运放集成电路LM358中的两个单元电路，组成了一个对称的同相放大器，A/D 转换器采用ICL7106双积分型A/D转换器，液晶显示采用3 1/2液晶显示片。
该电子秤精度高，简单实用，携带方便。
称重传感器是一种高精度的传感器，必须按规定的规格使用。
若不按规定的规格使用，不仅不能发挥称重的作用，而且容易损坏，尤其是绝对不准超过负荷安全值使用。
图6 手提秤的电路框图对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。
非线性误差是传感器特性中最重要的一点。
产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。
滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。
由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。
在露天下使用传感器，还应考虑阳光直射产生的温度影响和风压的影响。
AD7705在电子秤中的应用作者：屈新芬摘要：本文结合AD7705在电子秤称重系统中的应用,详细介绍了AD7705在51系列单片机系统应用中的硬件设计和软件编程;重点介绍了软件设计中应主要关注的4个方面;详细给出了主程序流程图及程序,实现读、写模式下通信的一种方法的流程图及程序。
关键词：精度、时序、中断、AD转换、有效分辨率、滤波Abstract：Incorporating with the application of AD7705 in the electronic balances,this article introduces the hardware and software design of the AD7705 applied in the 51 series SCM system. Four aspects of software design are highlighted. The main and the communication flowcharts and programs are given .Keywords：precision、Timing、Interrupt、AD conversion、Peak-to-peak resolution、filter1 引言国家三级秤标准要求：称重数据与重物的绝对精度小于1/1000－1/5000,因此,经AD转换后输出数据的有效位应在13位以上。
AD公司推出的由缓冲器和增益可编程放大器（PGA）、Σ－Δ调节器、可编程数字滤波器等组成的16位AD7705/06能直接将传感器检测到的微小信号进行A/D转换,其具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点,适合于称重系统中下微机信号处理的需要。
设计中,我们确定AD7705的相应参数取：输出数据更新速率：50Hz;系统增益：64;有效分辨率：15位。
2 硬件设计要满足前面确定的AD7705参数,设计中AD7705的主时钟取：fCLK =2.4576MHz。
AD7705的串行数据接口包括5个：片选输入口 ,串行施密特逻辑输入时钟SCLK,数据输入口DIN,转换数据输出口DOUT,指示数据准备就绪的状态信号输出口。
其中当为低电平时,转换数据可读取;否则不可读取。
设计中可由AT89C51选中实现,也可接地;本设计中将接地。
SCLK有两种基本的接线方式：①SCLK接AT89C51的P2口中未用的管脚（比如接P2.2）,数据输入、输出端DIN、DOUT一同接P2口中未用的另一管脚（比如：P2.3）。
在该种连接方式下,只能用手工编程模拟AD7705的通信时序以实现对AD7705的操作。
②SCLK接AT89C51的同步脉冲输出端TXD,AD7705的数据输入、输出端DIN、DOUT一同接AT89C51的串行数据输入、输出端RXD。
在该种连接方式下,对AD7705的数据的读取可按51系列单片机串行口的工作方式0完成,也可按①中的读写方式完成。
本设计中按②中介绍的方式接线。
可接普通P1、P2口中未用的管脚,通过程序查询该管脚是否为低电平,从而实现对AD7705中寄存器数据的读取。
也可接AT89C51的外部中断1或中断0管脚,通过中断方式或中断查询方式实现对AD7705中寄存器数据的读取。
本设计中接外部中断1管脚。
图1 称重传感器信号处理电路图AD7705在称重系统中的连接方式见图1。
当在此传感器上施加满标度重量5吨重物时,传感器在5V工作电压下取得30 mV的满标度输出电压。
5V工作电压经分压后为AD7705提供基准电压,因此工作电压的变化不会产生系统误差。
分压电阻为24kΩ和15kΩ,产生的基准电压为1.92V。
当器件的可编程增益为64时,对应的满标度输入电压即为 30 mV。
3 软件设计软件设计需主要考虑以下四个方面：①AT89C51的初始化：硬件设计中如果用到中断,则需对单片机的中断系统进行初始化;软件设计中如果用到串口,则需对单片机的串口进行初始化。
②AD7705与51系列单片机的数据交换顺序：在读写操作模式下,51系列单片机的数据要求LSB在前,而AD7705希望MSB在前,所以对AD7705寄存器进行配置之前必须将命令字重新排列方可写入,同样要将从AD7705数据寄存器中读取到缓冲器后的数据进行重新排列方可使用。
③对AD7705寄存器进行操作的时序：AD7705通讯必须严格按图2、图3时序操作。