實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的好壞主要是由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容決定的。學(xué)生普遍對(duì)日常生活中比較熟悉的具體應(yīng)用感興趣，將具體的應(yīng)用實(shí)例引入到教學(xué)實(shí)踐能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，收到意想不到的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。汽車(chē)衡廠(chǎng)家通過(guò)介紹電阻應(yīng)變式低量程廚房秤稱(chēng)重傳感器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)、實(shí)用電路設(shè)計(jì)等，闡述了怎樣將電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思想方法和實(shí)踐操作過(guò)程。提煉的實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想和方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有一定的參考價(jià)值。

長(zhǎng)期以來(lái)，我們國(guó)家的高等教育都偏重于理論教學(xué)，學(xué)生對(duì)理論計(jì)算非常熟練，可是當(dāng)涉及到一些實(shí)際應(yīng)用時(shí)，與國(guó)外的學(xué)生相比，還存在一定的差距，因此，大連理工大學(xué)“模擬電路實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革的重點(diǎn)放在為學(xué)生設(shè)計(jì)日常生活中常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例 幫助學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握常用傳感器的使用方法，改進(jìn)了以往單純以波形發(fā)生器所產(chǎn)生的輸出信號(hào)作為待處理信號(hào)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的好壞主要是由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容決定的，好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)出學(xué)生探索未知世界的好奇心和學(xué)習(xí)熱情因此，在“模擬電路實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中，將日常生活中經(jīng)常見(jiàn)到的電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究對(duì)象和使用對(duì)象。

一、汽車(chē)衡廠(chǎng)家談電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器

電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“傳感器”在實(shí)際生活中有著非常廣泛的應(yīng)用如測(cè)力、測(cè)扭矩、測(cè)重量等 其主要利用安裝在彈性體上的應(yīng)變片在外載荷作用下，彈性體發(fā)生形變而引起應(yīng)變片電阻的變化，通過(guò)檢測(cè)應(yīng)變片電阻的變化來(lái)計(jì)算外載荷的變化 再通過(guò)標(biāo)定、計(jì)算求出傳感器所受的外載荷，完成測(cè)試。

在地磅和自動(dòng)稱(chēng)量技術(shù)中，測(cè)量物體的重量是學(xué)生非常熟悉的具體應(yīng)用，很多學(xué)生對(duì)這一類(lèi)的具體應(yīng)用非常感興趣，很想通過(guò)具體的實(shí)踐操作掌握使用電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的電路設(shè)計(jì)方法。

二、汽車(chē)衡廠(chǎng)家談傳感器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器采用了惠斯通電橋電路的設(shè)計(jì)方式，如圖 1 所示。

三、汽車(chē)衡廠(chǎng)家談傳感器主要技術(shù)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生自己查閱生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品技術(shù)資料，學(xué)習(xí)并了解器件的參數(shù)和性能，學(xué)會(huì)根據(jù)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品技術(shù)資料設(shè)計(jì)實(shí)用電路。

實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握的電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的主要技術(shù)參數(shù)有:

( 1) 額定載荷( FS)

額定載荷是指?jìng)鞲衅魉试S的承載范圍。為便于實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)選用了額定荷載為 5kg 的小量程廚房秤稱(chēng)重傳感器; 實(shí)驗(yàn)用秤架也借用了現(xiàn)成的廚房秤秤架; 載荷采用的是標(biāo)準(zhǔn)砝碼。

( 2) 靈敏度

靈敏度是指?jìng)鞲衅髟趩挝患?lì)電壓信號(hào)作用下，滿(mǎn)載荷時(shí)輸出電壓的變化量。多數(shù)電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的靈敏度是 2．0mV /V，也就是說(shuō)，當(dāng)激勵(lì)電壓信號(hào)為 5V 時(shí)，加載滿(mǎn)量程載荷，傳感器的輸出電壓為 10mV。

( 3) 零點(diǎn)輸出

零點(diǎn)輸出是指在規(guī)定條件下，稱(chēng)重傳感器在無(wú)外載荷作用下的輸出電壓。通常情況下，電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的零點(diǎn)輸出電壓為 ± 2% FS。零點(diǎn)輸出受環(huán)境溫度影響較大，當(dāng)溫度變化較大時(shí)會(huì)引起較大的零點(diǎn)溫度漂移。通常情況下，傳感器生產(chǎn)廠(chǎng)家都會(huì)對(duì)傳感器的零點(diǎn)溫度漂移做補(bǔ)償處理 。 ( 4)輸入阻抗輸入阻抗是指?jìng)鞲衅鬏斎攵说牡刃ё杩?。其大小將直接體現(xiàn)在傳感器的功耗上。設(shè)計(jì)電池供電產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)選用輸入阻抗略大的傳感器使用。該實(shí)驗(yàn)所選用傳感器的輸入阻抗為 410 ± 30Ω。

( 5) 輸出阻抗

輸出阻抗是指在傳感器輸出端測(cè)得的阻抗。其大小會(huì)影響下一級(jí)放大電路輸入阻抗的選擇。傳感器輸出阻抗越小，其驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng)。該實(shí)驗(yàn)所選用傳感器的輸出阻抗為 350 ± 2Ω。

四、汽車(chē)衡廠(chǎng)家談放大電路的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中所選用的稱(chēng)重傳感器是由一種鋁合金材料制成的小量程懸臂梁型稱(chēng)重傳感器，其惠斯通電橋輸出信號(hào)為差模電壓信號(hào)。

由于生產(chǎn)材料和制造工藝等的制約，在設(shè)計(jì)傳感器時(shí)，其 4 個(gè)橋臂的電阻值很難做到*平衡，因此，稱(chēng)重傳感器在無(wú)外載荷作用時(shí)，存在輸出信號(hào)，即存在零點(diǎn)輸出。設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)該考慮將零點(diǎn)輸出去除。

由以上分析可知，稱(chēng)重傳感器的輸出信號(hào)是差模信號(hào)，其輸出存在零點(diǎn)誤差，因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)，推薦學(xué)生使用集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一個(gè)可以放大差模輸入信號(hào)的儀表放大器，如圖 2 所示。

五、延伸設(shè)計(jì)

經(jīng)儀表放大器處理后的模擬信號(hào)需經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)送給 MCU 處理后，再送到顯示電路顯示出來(lái)。這部分內(nèi)容需要學(xué)生學(xué)完后續(xù)數(shù)字電路和單片機(jī)等課程后方能繼續(xù)完成。

為了讓學(xué)生對(duì)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)有一個(gè)整體概念，該實(shí)驗(yàn)向?qū)W生介紹一款含有內(nèi)置增益可調(diào)放大電路的AD 芯片 HX712。圖 3 是用 HX712 設(shè)計(jì)的廚房秤系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖。感興趣的學(xué)生可以提前自學(xué)該芯片以完成系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。在圖 3 中，傳感器的差模輸出信號(hào)經(jīng)過(guò) AMP 放大和 AD 處理后，通過(guò)接口電路送到 MCU 進(jìn)行處理，MCU 完成與鍵盤(pán)和顯示器的通信，將測(cè)得的結(jié)果顯示出來(lái)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路時(shí)，傳感器的零點(diǎn)輸出可以用數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的方式去除，即在不加外載荷時(shí)，測(cè)出零點(diǎn)輸出并將其暫存，當(dāng)加上外載荷后，測(cè)得的結(jié)果需要將該暫存的零點(diǎn)輸出減掉，以實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重顯示控制儀表的自動(dòng)調(diào)零。