实验十 应变片称重实验
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实验十 应变片称重实验
一、实验目标
1.熟悉应变片原理和仪表放大器电路；
2.调用EPI提供的子vi编写测量重量程序；
3.通过示波器观测传感器输出动态变化。
二、硬件介绍
应变片称重实验板和热电偶共用一块实验板，主要由应变片（用于测量重量）、热电偶（用于测温）、仪表放大器电路（约x1000倍）组成。
热电偶/称重电路板
2.1测量原理
金属箔式应变片贴在铝合金力臂上，用硅胶封闭保护。有4根引线输出。构成称重传感器。原理图如下。
图 1称重传感器原理图
金属应变片的电阻为1K，4个组成电桥，分别贴在铝合金力臂的上方和下方。力臂一端受力后，发生轻微变形，应变片的电阻就会改变，在白和绿线之间产生电压差。由于电阻变化很微小，这个电压差需要经过仪表放大器放大1000倍后才能测量。
2.2仪表放大器
仪表放大器使用的INA128，设计增益为1000倍。称重传感器和热电偶温度传感器共用仪表放大器。用开关SW1和SW2来切换。两个开关都拨到右侧时，将称重传感器接入到仪表放大器。
图2仪表放大器电路
REF测试点，是仪表放大器的参考端，用于调节仪表放大器的输出直流电压。输出相对于REF的增益为1，例如REF上加100mV电压，则输出增加100mV电压。REF上可以加正负电压。实验中，REF可用于对称重传感器清零，称重传感器上不放置砝码时，调节REF电压，使仪表放大器输出为0V。
三、实验步骤
3.1 硬件电路连接
供电连接:
此次需要从“PT100测温实验”电路板背面排孔进行供电“＋12V/-12V/GND”连接。
背面排孔供电管脚电气连接如表：
| 管脚号 | 管脚功能 |
|---|---|
| 5/6脚 | ＋12V |
| 7/8脚 | GND |
| 9/10脚 | -12V |
供电连接图：
供电连接
信号连接:
首先需要将SW1,SW2开关拨到右边，使放大器输入连接在应变片输出，然后需要将REF连接到S1，再将示波器接入放大器输出。
应变片称重电路板连接
下表列出传感器板和EPI设备连接关系（也可以使用其他连接方式）：
| 传感器板需要功能 | 传感器板接口 | EPI对应接口 | EPI接口功能 |
|---|---|---|---|
| 仪表放大器参考端 | REF | S1 | 信号源S1 |
| 放大器输出 | OUT | AIN1 | 示波器AIN1 |
| 与虚拟仪器共地 | GND | GND | 虚拟仪器GND |
3.2 运行校准
为了计算出称重台的重量和电压输出关系，需要先校准再使用。
称重台不加任何物体的时候，调节S1（连接REF）输出直流电压，使OUT(放大器输出)输出电压为0。如图7-5所示设置。
图5 S1设置 示波器&万用表测量数据
计算斜率和常量，称重台砝码重量分别为0g和50g时，分别记录采集到的电压值，记录到方框中，然后点击“计算”按钮，就计算出斜率k和常量b。
图 6 0g和50g采集电压计算斜率k和常量b
3.3 称重
完成上面步骤后，就能够直接测量物体重量。
3.4 观察测量
在砝码托盘上从小到大依次组合并放置5g、10g、15g、20g、25g、30g、35g、40g、45g、50g、55g、60g、70g、80g、90g、95g、100g砝码。
| 砝码重量 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 测量出重量 |
观察波形图表，分别记录不同重量砝码的输出电压，并画出X-Y关系曲线，得到重量与电压之间的关系曲线。
四、LabVIEW程序解读
程序使用 EPI
提供的接口函数通过软件编程实现传感器控制/测量。主要使用“设备初始化.vi”
、“数据采集.vi” 、“采样时间设置.vi” 、“采样量程设置.vi” 、“电源.vi”
、“EPI-m104耦合设置.vi”等。
程序采用事件结构，事件处理结构：“超时”中进行数据采集，通过示波器采集，当前面板设置值改变时，事件处理结构处理完事件后再回到“超时”中进行数据采集。
4.1 整体框图
运行界面
整体程序框图
4.2 程序流程图
程序流程图如图9所示，先进行初始化，然后一直在while循环中采集数据，将采集到的数据计算得到当前重量值，在程序运行中，可以更改斜率k和常量b的值。
图9 实例流程图
4.3初始化设置
程序初始化设置状态，该状态完成E-PI
通信端口设置、电源开启、示波器通道设置（采样率，采样量程，耦合），当然用户也可设置成各个参数可变。若设置成可变，后面while循环中进行调节。，初始化函数在前面已经介绍，这里不在介绍，初始化代码如图
10 所示：
图10 初始化
（1）设备初始化.vi：该 VI 会自动查找 E-PI
的通信端口，找到后其会设置该端口参数，并返回一个端口资源；若未找到，返回的
boolean 值为 false，并且会返回一个错误。
（2）电源.vi：该 VI 是一个多态
VI，在使用时需要在其下拉列表中选择“电源配置”功能。设置使能端口为“True”可开启
E-PI 对外供电。
（3）EPI-m104耦合设计.vi：该 VI 用于设置EPI的AIN1为”DC”耦合。
（4）采样时间设置.vi：该VI用于设置EPI的采样率为370KHz和采样深度1000。
（5）采样量程设置.vi：该VI用于设置EPI的AIN1采样量程为±1V。
4.4 While循环
While循环中放置事件结构，在超时事件结构中，设置“超时”事件为200ms，相当于每隔200ms空闲事件处理一次“超时”结构里面的程序。在该状态下主要进行示波器数据采集和计算重量。该状态代码如图8所示：
While循环 – 示波器采集
4.5 计算程序
将采集的电压值根据公式转换成重量代码如图12：
图 12
超时结构中这部分代码，用于将采集到的电压值，通过计算得出重量值。