论文英文文献

Abstract: In order to solve the weight problem often encountered in measuring the low-mass objects in the trade and daily life of the modern business, the design of a new pocket-sized electronic scales. This pocket-sized electronic scales Force Sensor gravity signals into electrical signals to measure, and measuring the results of the digital display. The pocket-sized electronic scales with a small size, light weight, easy to carry, intuitive display, measurement and high precision; complex structure, the cost disadvantages. This article focuses on the load cell works, error compensation, the main parameters of selection. And the technical and economic analysis.

Keywords: pocket-sized electronic scales; weighing; sensor; error compensation

1 A needs analysis

In modern commerce and trade and everyday life, often encounter the problem of measuring the weight of the low-mass objects. Although the traditional steelyard can solve this problem, but inconvenient to carry, the efficiency is not high, the display is not intuitive and low measurement accuracy; mechanical spring balance can solve this problem, but the inertia inherent low frequency, high sensitivity, measurement accuracy is not high. With the progress and update of the micro-computer technology, integrated circuit technology, sensor technology, electronic scales rapid development, it has a responsive, high accuracy, fully functional, the display is intuitive, compact, easy to use and so on.

For these reasons, in order to solve the low-mass objects weighing problem, if a small size, light weight, portable, digital display electronic scales, will be popular. Discussed below, that is, the scope of a weighing 5 kg compact electronic scales.

2 The project design

 The main task is to design compact electronic scales weighing the choice of the force sensors. Dynamometer sensor types to achieve the weighing and digital display, the key is to want to force (gravity) signals into electrical signals to measure method is mainly divided into two categories: one is the direct method, namely the use of pressure magnetic sensor, piezoelectric sensor, Piezoresistive sensors directly to the force signal converted into electrical signals; the other is the indirect method, the elastic element as the sensor will pull, pressure changes in strain, displacement, or frequency, and then strain sensors, displacement sensors, or frequency sensor strain, displacement or frequency changes for power. Comprehensive comparison of a variety of sensors, use the indirect method of strain gauge force transducer.

3The introduction of the weighing sensor

The load cell is a quality signal into a measurable electrical signal output device. Must consider the actual working environment of the sensor which sensor Yin, this is essential for the correct selection of the load cell, and it is related to the sensor can work as well as its safety and service life, and the whole weighing the reliability and safety sex. On the basic concepts and methods of evaluation of the major technical indicators of the load cell, the new and old GB qualitative differences.

The traditional concept, the load sensor weighing sensors, force sensors, collectively referred to using a single parameter to evaluate its measurement properties. Old GB will be completely different application objects and the use of environmental conditions "weighing" and "measured force" two sensors into one to consider, not given to distinguish between the test and evaluation methods. Old GB total of 21 indicators, were tested at room temperature; and non-linearity, hysteresis error, repeatability error, creep, the additional error of the zero temperature and the maximum error in the six indicators of the rated output additional temperature error, to determine said The level of accuracy of the weight sensor, respectively 0.02,0.03,0.05 said.

Proportion to convert the output signal can be measured. Taking into account the different place of use of the acceleration due to gravity and air buoyancy on the conversion, the main performance indicators of the load cell linearity error, hysteresis error, repeatability error, creep, zero-temperature characteristics and temperature sensitivity characteristics. In a variety of weighing and measuring the quality of the system, usually the integrated error accuracy of the integrated control sensors, and integrated error band or scale error band linked so that selection corresponds to a certain accuracy weighing weighing sensors. International Organization of Legal Metrology (OIML) requirements, sensor error with total weighing instrument error δ with Δ of 70% of the load cell linearity error, hysteresis error within the specified temperature range due to the effect of temperature on the sensitivity of the error the sum can not exceed the error band of δ. This allows the manufacturer of the components that make up the total measurement error adjustment to obtain the desired accuracy.

4The classification of the weighing sensor

The load cell conversion method is divided into photoelectric, hydraulic, electromagnetic force type, capacitive, magnetic poles change the form of vibratory gyroscope ceremony, resistance strain type, to the most extensive use of resistance strain.

1）Electromagnetic force sensor

It uses a load-bearing stage load and the principle of electromagnetic force Equilibrium . Put the loading stage, the measured object at one end of the lever upward tilt; photoelectric detect the tilt signal, amplified into the coil, the electromagnetic force, so that the lever to return to equilibrium. Currents produce electromagnetic counterweight digital converter, you can determine the quality of the measured object. The electromagnetic force sensor accuracy, up to 1/2000 ~ 1/60000, but the weighing range is only tens of mg to 10 kg.

2）Capacitive sensorsIt 

Capacitor oscillator circuit of the oscillation frequency f and the plate spacing d is directly proportional relationship between the work (Figure 6). There are two plates, one fixed and the other one can move. Bearing load measured object, the leaf spring deflection, the distance between the two plates changes, the oscillation frequency of the circuit also changes. The measured frequency change can be calculated to the quality of the load-bearing stage, the measured object. Capacitive sensor power consumption, low cost, accuracy of 1/200 to 1/500.

3）Pole change the form of sensorFerromagnetic

Components in the measured object gravity under mechanical deformation, internal stress and cause changes in permeability, and also changes so that the induced voltage of the secondary coil wound on both sides of the ferromagnetic component (pole). Measure the voltage variation can be calculated added to the force on the pole, and then determine the quality of the measured object. Pole to change the form of sensor accuracy is not high, usually 1/100, applicable to the large tonnage weighing, weighing ranging from tens to tens of thousands of kilograms.

4）Vibration sensor

The force of the elastic element, the natural vibration frequency of the force is proportional to the square root of. Measure the natural frequency changes, you can find the measured object role in the elastic component of the force, and then calculate the quality. The vibration sensor vibrating wire and tuning fork.The elastic component of the vibrating wire sensor string wire. When the load-bearing stage, plus the measured object, the intersection of the V-shaped string wire is pulled down, and left strings of tension increases, the right string tension decreases. The natural frequency of the two strings of different changes. Calculate the frequency difference between the two strings, you can find the quality of the measured object. The higher the accuracy of the vibrating wire sensor, up to 1/1000 ~ 1/10000, weighing 100 g to hundreds of kilograms, but the structure is complex and difficult process, and high cost.

The elastic component of the tuning fork sensor is a tuning fork. Fixed tuning fork end of the piezoelectric element, the natural frequency of oscillation of a tuning fork, it can be measured oscillation frequency. When the load-bearing stage and the measured object, the tuning fork direction of tensile force while the increase in natural frequency, increasing levels of applied force is proportional to the square root. Measure the changes of natural frequency can be calculated heavy loads imposed on the tuning fork on the force, and then calculate the quality of heavy objects. The tuning fork sensor power consumption, measurement accuracy up to 1/10000 to 1/200 000, weighing range of 500g ~ 10kg.

5Sensor device design

The working principle of the strain gauge force transducer strain gauge pasted into force, force-sensitive elastic element, the corresponding strain when the elastic element force deformation, the strain gauge into a resistance change, which led to the voltage measuring circuit changes by measuring the output voltage value, and then through the conversion can be obtained by the measurement of body weight. Since the pocket-sized electronic scales require small size, weighing in scope, precision and angle even consistency, sensor and display integration, it is selected parallel to the two holes cantilever beam strain gauge load-bearing sensor. Its characteristics are: high precision, ease of processing, simple and compact structure, strong resistance to partial load, high natural frequency.Strain gauge choice of a metal palisade metal mooring paste on the insulating substrate parked strain gages, mechanical strain resistance strain gauge feelings generally 10 - 10 - 2mm, the resistance rate of change of the attendant about 10 - 6 10 - 2 orders of magnitude, such a small change in resistance measured using the general resistance of the instrument is hard to measure out, you must use some form of measurement.

Circuit into small changes in resistance rates to changes in voltage or current, in order to secondary instrument display. Bridge measurement circuit to meet this requirement. In the load cell, R 1, R 2, R 3, R 44 strain gauge resistor bridge measurement circuit .R m is the temperature compensation resistor, e is the excitation voltage, V is the output voltage.