0~30kg称重范围的结构与电路设计约束

0~30kg称重范围的结构与电路设计约束

结构设计约束

• 弹性体材料与形状：常用铝合金或合金钢，形状多为悬臂梁或S型。刚度需满足30kg满量程时应变在弹性范围内（通常应变约1000~2000με），保证线性度。刚度太小则线性差，太大则灵敏度低。
• 过载保护：设计限位结构防止过载损坏弹性体，通常安全过载为120%~150%。
• 应变片粘贴：粘贴位置在应力最大且均匀的区域，采用全桥或半桥方式补偿温度效应。
• 温度补偿：使用温度自补偿应变片或增加补偿电阻，减小零点温漂。

电路设计约束

• 电桥选择：一般采用直流惠斯通电桥，全桥灵敏度高，能同时补偿非线性。激励电压$U_{ex}$通常取5~10V，过高会发热导致漂移。
• 灵敏度与增益：常见应变片灵敏度$k=2$，弹性体应变$\epsilon$对应输出电压$U_o=U_{ex}·k·\epsilon$。30kg下典型满量程输出约10~20mV。后续差分放大器（如AD620）需将信号放大到0~5V（或0~3.3V），故增益$G=V_{out}/V_{in}$，例如$G=500$。
• 噪声与滤波：低频噪声（工频50Hz）需二阶低通滤波器，截止频率约10Hz；同时加入屏蔽与接地。
• ADC分辨率：若ADC为12位，参考电压5V，则分辨1.22mV，对应重量约0.03kg（30kg/1024≈0.029kg），可满足一般精度。若需更高精度，可选用16位或24位Σ-Δ ADC。
• 激励电压稳定：需精密稳压源，避免激励波动造成误差。
• 零点与温漂补偿：使用可调电阻或软件校准消除初始不平衡，温漂通过匹配电阻或温度传感器软件补偿。