CN205664912U - 一种基于应变电桥传感器的数字电子称 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种基于应变传感器的低功耗高精度数字电子称，包括依次连接的应变电桥传感器、前级放大电路、偏置调节电路、滤波电路、AD采样电路、控制模块和显示屏；本实用新型是一种价格实惠，能够针对轻微重量0到200g做出高精度、高灵敏度，高稳定性、高可靠性测量，经实测引用误差不超过0.2%，是一种专用性和针对性强的低功耗数字电子称；测量结果通过LCD显示屏显示存储，用户可以用矩阵键盘进行功能选择和切换，测量结果准确可靠，界面显示清晰直观，系统操作方便、功耗低，便于携带以及电池供电。

Description

一种基于应变电桥传感器的数字电子称

技术领域

本实用新型属于测量仪器技术领域，具体涉及一种基于应变电桥传感器的数字电子称。

背景技术

数字电子称是进行精密重量测量的不可或缺的工具，能够把轻微重量引起的电信号转化为可以看得见的数字，便于直接准确读数。

目前，市场上的数字的电子称已经拥有强大的测量功能，但专用性和针对性差，对于轻微重量的测量其高灵敏度、高精度性能与低功耗便携之间二者无法兼得，且价格昂贵。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种价格低廉、功耗极低、携带方便、高灵敏度高精度、专用性和针对性强的数字电子称。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于应变电桥传感器的数字电子称，包括依次连接的应变电桥传感器、前级放大电路、偏置调节电路、滤波电路、AD采样电路、控制模块和显示屏。

优选的，包括矩阵键盘，所述的矩阵键盘与控制模块连接，矩阵键盘为4×4矩阵键盘。

优选的，所述的控制模块包括超低功耗单片机MSP430F149；其掉电模式下，工作电压1.8到3.3V，0.1uA工作电流，此时功率最大为0.00033mW；待机模式下最大功率为0.00264mW；正常运行时，最大功率为1.32mW，通常为0.65mW。

优选的，所述的应变电桥传感器采用惠斯通电桥；所述的应变电桥传感器量程200g，重复性0.05%F.S，灵敏度0.7±0.1mv/v，额定输出温度漂移不高于0.15%F.S，非线性度0.05%F.S，输入电阻1000±50Ω，输出电阻1000±50Ω，100VDC的测试条件下，绝缘电阻不低于2000MΩ，过载能力150%F.S，激励电压采用5V，综合误差不高于0.05%F.S。

优选的，所述的前级放大电路，采用精密低功耗仪表放大器INA333对差分输入信号放大455倍，在此放大倍数下，其共模抑制比大于100dB。

优选的，所诉的偏置调节电路采用高精度、低噪声运放OPA228作为加法器将空盘电压抬升为正值，从而能够驱动后级AD采样电路。

优选的，所述的滤波电路采用一阶无源RC低通滤波器，所述的一阶无源RC低通滤波器的3dB点为155HZ。

优选的，所述的AD采样电路采用24位高精度ADS1252进行模数转换，在选取最大参考电压时其量化误差为0.0003mV。

优选的，所述的显示屏采用LCD12864。

本实用新型的有益效果是：一种基于应变电桥传感器的数字电子称，以应变电桥传感器为核心，辅以MSP430F149控制，能够精确的进行AD等效采样，采用数字滤波处理；本实用新型合理的选择了高性能的器件，设置了合理的运放的放大倍数，采用滤波、去耦等降低噪声的技术，提高了系统的精度、可靠性和稳定性；本实用新型能数显0到200g轻微重物的重量，性能可靠稳定，操作简便，功耗低便携。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构图；

图2为本实用新型的应变电桥传感器的应变电桥原理图；

图3为本实用新型的应变电桥及前级放大电路图；

图4为本实用新型的偏置调节电路及滤波电路图；

图5为本实用新型的AD采样电路图；

图6为本实用新型的完整电路图；

图7为本实用新型的输入输出线性关系图；

图8为本实用新型的实测数据表。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型基于应变传感器的数字电子称，包括依次连接的应变电桥传感器、前级放大电路、偏置调节电路、滤波电路、AD采样电路、控制模块和显示屏。还包括矩阵键盘，所述的矩阵键盘与控制模块连接，矩阵键盘为4×4矩阵键盘。

如图6所示，前级放大电路与应变电桥传感器连接；前级放大电路、偏置调节电路、滤波电路、AD采样电路和嵌入式处理器电路串联连接；所诉的嵌入式处理器电路分别与AD采样电路、显示屏和矩阵键盘连接，用于控制AD采样电路工作及完成数字电子称与用户的交互功能。

电路部分分为应变电桥传感器，前级放大电路、偏置调节电路、滤波电路、AD采样电路。

如图2所示，应变电桥传感器采用惠斯通电桥，通过重力变化导致电阻变化来测量物理量的变化，控制模块最终采集的是经过处理之后的由于电桥不平衡产生的电压，从而算出相应物理量即重量的变化，本应变电桥传感器应变片选取合理，设计精确，测量精度高。量程200g，过载能力150%F.S，重复性0.05%F.S，灵敏度0.7±0.1mv/v，额定输出温度漂移不高于0.15%F.S，非线性度0.05%F.S，其绝缘电阻不低于2000MΩ（100VDC条件下），输入、输出电阻为1000±50Ω，激励电压采用5V，综合误差不高于0.05%F.S。

如图3所示，前级放大电路采用精密低功耗仪表放大器INA333，取电阻R1=220Ω，对由应变传感器的差分输出信号固定放大455倍,输出噪声小于1mVpp，信噪比好。

如图4所示，INA333输出信号再经由OPA228构成的偏置调节电路，由R5、R6分压后固定抬升2V，使得输出信号在ADS1252输入电压范围以内，经过实测，放置200g砝码的时候，前级放大电路的电压大约有3.5V，满足AD采样电路的量程范围。OPA228的输出信号经过由R4、C1、C2、C3构成的3dB点为155HZ的一阶低通无源滤波器进一步消除高频噪声，提高精度灵敏度。

如图5所示，滤波器输出的信号进入24位高精度ADS1252进行模数转换，在选取最大参考电压时其量化误差为0.00029mV，此处选择参考电压为2V，其量化误差为0.00012mV，确保了本实用新型的高精度高可靠性，测量结果如图7和8所示，引用误差范围在0.2%以内。

本实用新型工作过程如下：

如图1所示，本实用新型采用应变电桥传感器和超低功耗单片机MSP430F149为核心，对经由放置应变电桥传感器的重物导致的电桥不平衡产生的微弱电信号进行放大、抬升、滤波、采样、处理，从而实现精确稳定的重量的数显，用户可根据需要，配合键盘能够实现零点重设、单机设置、计价功能以及休眠唤醒功能以进一步降低功耗。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于:包括依次连接的应变电桥传感器、前级放大电路、偏置调节电路、滤波电路、AD采样电路、控制模块和显示屏。

2.根据权利要求1所述的一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于：包括矩阵键盘，所述的矩阵键盘与控制模块连接，矩阵键盘为4×4矩阵键盘。

3.根据权利要求1所述的一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于：所述的控制模块包括超低功耗单片机MSP430F149；其掉电模式下，工作电压1.8到3.3V，0.1uA工作电流，此时功率最大为0.00033mW；待机模式下最大功率为0.00264mW；正常运行时，最大功率为1.32mW。

4.根据权利要求1所述的一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于：所述的应变电桥传感器采用惠斯通电桥；所述的应变电桥传感器量程200g，重复性0.05％F.S，灵敏度0.7±0.1mv/v，额定输出温度漂移不高于0.15％F.S，非线性度0.05％F.S，输入电阻1000±50Ω，输出电阻1000±50Ω，100VDC的测试条件下，绝缘电阻不低于2000MΩ，过载能力150％F.S，激励电压采用5V，综合误差不高于0.05％F.S。

5.根据权利要求1所述的一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于：所述的前级放大电路，采用精密低功耗仪表放大器INA333对差分输入信号放大455倍，在此放大倍数下，其共模抑制比大于100dB。

6.根据权利要求1所述的一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于：所述的偏置调节电路采用高精度、低噪声运放OPA228作为加法器将空盘电压抬升为正值，从而能够驱动后级AD采样电路。

7.根据权利要求1所述的一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于：所述的滤波电路采用一阶无源RC低通滤波器，所述的一阶无源RC低通滤波器的3dB点为155HZ。

8.根据权利要求1所述的一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于：所述的AD采样电路采用24位高精度ADS1252进行模数转换，在选取最大参考电压时其量化误差为0.0003mV。

9.根据权利要求1所述的一种基于应变电桥传感器的数字电子称，其特征在于：所述的显示屏采用LCD12864。