3点力矩平衡式质量测量系统【内容摘要】本文通过对基于3点式力矩平衡原理对物体的质量测量系统的组成、原理、设计选材过程详细的阐述，并对影响系统精度的因素进行了分析，根据力矩平衡原理的要求以及实际应用中存在的问题，给出了在应用中注意的事项和解决问题的方法和措施，为基于力矩平衡原理的物体质量测量系统应用领域的进一步拓展具有借鉴作用。关键词：3点式力矩平衡、应变片式称重传感器、电桥、单片机、RS232C通信概述确定物体的质量在日常生活、工业生产及工程中都有着非常重要的意义，尤其对于对于重量较大的物体重心测量，力矩平衡法是现在最常用的一种，利用力矩平衡原理测量物体重量及重心的方式目前有三种方式：称重平台式、悬挂式、千斤顶式；无论何种方式都是通过3点、4点或多支撑点的测力传感器感知力值的大小，再通过采集系统对传感器感知力值数据信号的采集，通过计算机软件对该信号的解算，便得到物体重心的位置值，这便是本文将要介绍的基于力矩平衡原理的物体重量重心测量系统；系统的基本原理和组成系统组成和原理系统由三个称重传感器、信号放大电路、模数转换电路模块、看门狗模块、单片机、RS232通信接口电路模块及PC机等部件组成。从各测力传感器（或称重平台）感知的力信号通过数字模块进行采集、A/D转换、处理。系统组成原理图见图1；电源模块（给各个模块供电）传感器单片机RS232C接口通信模块看门狗电路PC机信号放大电路A/D模数转换模块1系统组成原理图系统的支撑操作组合方式利用力矩平衡原理测量物体重量及重心的方式目前有称重平台式、悬挂式、千斤顶式三种，因系统支撑操作不同而有多种组合，其一，单一的称重平台式是在每一测力的支撑点下放置一台称重平台，通过称重平台感受被测物体施加的力；其二，悬挂式是通过多套拉式测力传感器将被测物体以一定的要求悬挂起来，由拉式测力传感器感知被测物体施加的力；其三，千斤顶式是在每一支撑点下的千斤顶头部配装一压式测力传感器，通过千斤顶顶推测力传感器，测力传感器顶起被测物体进行测力；其四，在每一称重平台上放置一千斤顶，将称重平台作为千斤顶的底座平台，由千斤顶支撑被测物体，通过称重平台感知所测力；以上这四种组合形式可根据被测物体的实际，需灵活组合和使用。13.3.3传感器的选择在选择传感器时，主要应该考虑组成测量系统的量程、精确度、传感器的安装控件、周围的坏境对传感器可能产生的影响、加载的类型以及传感器的寿命等方面的因素。本设计选用的传感器为ELC-7-2000Kg型微型荷重传感器。其技术参数如下表：技术参数技术指标额定载荷10,100,200,300,500,1000,2000Kg额定输出1.5mV非线性F.S滞后F.S重复性F.S零点输出F.S零点温度系数F.S/℃绝缘电阻供桥电压10VDC工作温度-20~65℃允许过载150%F.S由以上参数可知该称重传感器的可用性。13.3.7参考电源设计参考电源是一种用来作为电压标准的高稳定性的电压源。本次设计中采用5V的参考电源来为A/D转换器提供参考电压并给传感器桥路供电。LM336-5是高精度、低温度飘移的基准电压电路，以分流稳压器方式工作，输出电压+5.0V。由于A/D转换器中所需要的基准电压要求比较高，所以选用可调式基准电压LM336来稳定输入的电压，调节电位器VR1可获得精密、低温度系数的电压输出V5BRIREF。如图13-5所示。图13-5参考电源电路13.3.8信号放大电路的设计本次题目设计中信号放大电路主要分为两部分，第一部分是由AD623仪表放大器组成的前端放大电路，第二部分是由LM358组成的后端放大电路。AD623是一个集成单电源仪表放大器，它能在单电源（+3~+12V）下提供满电源幅度的输出。AD623允许使用单个增益设置电阻进行增益编程，以得到更好用户灵活性，且符合8引脚的工业标准引脚配置（见图13-6）。在无外接电阻的条件下，AD623被设置为单位增益（G=1）；在接入外接电阻后，AD623可编程设置增益，其增益最高可达到1000倍。图13-7所示为本次设计中AD623信号放大部分的电路图，传感器桥路的差分号为QQ2和QQ1，其中R1和C1，R2和C7其滤波作用，AD623由6V电源V6CB供电，C3和C4为电源的去耦电容，本电路中放大倍数为：G=1+100KΏ/（R4+VR2）（式中R4、VR2为图13-7中R4和VR2的电阻值）图13-6图13-7AD623信号放大部分的电路图LM358（引脚排列图见图13-8）内部包括两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。在推荐的工作电源下，电源电流与电源电压无关。