第八章智能仪景设计实侧 第一节智能仪器的设计原则及研制 第二节固体密度测试仪的研制 第三节基于DSP处理器的地下管道 漏水检测仪设计
第八章 智能仪器设计实例 第一节 智能仪器的设计原则及研制 第二节 固体密度测试仪的研制 第三节 基于DSP处理器的地下管道 漏水检测仪设计
实例1:固体密度测试仪的研制 三种固体密度测试法:有天平法、机械 法、电子自动法。 测量原理 >硬件电路设计 >软件设计 >测试结果分析
实例1： 固体密度测试仪的研制 ➢测量原理 ➢硬件电路设计 ➢软件设计 ➢测试结果分析 三种固体密度测试法 :有天平法、机械 法、电子自动法
电子自动法测量原理 电子自动法是一种基于阿基米德浮力定 律实现对圆体的密度测试的方法。 ●物理学中密度的定义为物体草位体积的 质量教。 在测量密度附,首先测量固体标本在空 气中的重量,再将固体标本燙没在装有 水的容器中,测量圄体受水浮力后的重 量,根据阿基米德浮力定律可求出圆体 的体积,计算密度值
一、电子自动法测量原理 ⚫ 电子自动法是一种基于阿基米德浮力定 律实现对固体的密度测试的方法。 ⚫ 物理学中密度的定义为物体单位体积的 质量数。 ⚫ 在测量密度时，首先测量固体标本在空 气中的重量，再将固体标本浸没在装有 水的容器中，测量固体受水浮力后的重 量，根据阿基米德浮力定律可求出固体 的体积，计算密度值
设固体标本的质量为M、体积为V,测量 密度为o,有:0=M/V 固体标本在空气中的重量为:P1=Mg 在水中的重量为 (M--Mo)g 则浸没在水中前后的重量差为:P1-P2=Mg, 其中g表示重力加速度,M表示与固体标本同 体积的水的质量。根据阿基米德浮力定律, 不规则固体的体积为:MbB-P g
V M g M P P V • − = = 0 1 2 0 0 设固体标本的质量为M、体积为V，测量 密度为σ，有：σ=M/V 固体标本在空气中的重量为：P1=Mg 在水中的重量为：P2=（M--M0）g， 则浸没在水中前后的重量差为：P1 --P2=M0 g， 其中g表示重力加速度，M0表示与固体标本同 体积的水的质量。根据阿基米德浮力定律， 不规则固体的体积为： g M P P V • − = = 0 1 2 0 0
则不规则圄体的密度为: P/ g P O O (P-P)(·g)P-P 式中0为水的密度,因为0。=1g/cm3,手是 所测固体的密度为 P O P-P2 可见。只要分别求出不规则固体在空气中的重 量P1和该固体在水中的重量P,根据上式即可得 到被测固体的密度值
则不规则固体的密度为： 1 2 1 P P P − = 1 2 1 0 1 2 0 1 ( )/ ( ) / P P P P P g P g − = − • = 式中σ0为水的密度，因为σ0=1g/cm3 ，于是 所测固体的密度为： 可见，只要分别求出不规则固体在空气中的重 量P1和该固体在水中的重量P2，根据上式即可得 到被测固体的密度值
二、硬件电路设计 打印机 称重 敢大器AD单片机系统 传感器 显器 键盘 密度仪组成框图
二、硬件电路设计 密度仪组成框图
1、传感器设计 R+凸R R汁凸R LF 应变片压阻电桥
1、传感器设计 应变片压阻电桥
固体密度测量系统中传感器由四片性能完全相同的压阻式应变 片组成,通过压阻效应实现重力到电阻的转换,再由电桥将 电阻的变化转换为电压。其中,应变片R1、R3是受压电阻 应变片R2、R是受拉电阻。 若R1=R3=R2=R4=R;△R1=△R2=△R3=△R4=△R 则U=EARR=KP 式中:K重力到电压的转换系数; P电阻传感器所受到的重力; Uo传感器桥路输出电压; E电桥电源电压。 对应0-450克的重量范围, 本传感器的输出电压0-10mv
固体密度测量系统中传感器由四片性能完全相同的压阻式应变 片组成，通过压阻效应实现重力到电阻的转换，再由电桥将 电阻的变化转换为电压。其中，应变片R1、R3是受压电阻， 应变片R2、R4是受拉电阻。 若 R1 =R3 =R2 =R4=R；ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR 则 U01 = EΔR/R = KP 式中：K—重力到电压的转换系数； P—电阻传感器所受到的重力； U01—传感器桥路输出电压； E—电桥电源电压。 对应0-450克的重量范围， 本传感器的输出电压0-10mv
2.信号放大电路 由于传感器輪出信号较弱,为了进行有效放 大,提高抗干扰能力,信号放大电路中采用 了仪用放大器AD620。 Al A Ad R 2 A vce R1 R 图823祸偕号版大电路
2．信号放大电路 由于传感器输出信号较弱，为了进行有效放 大，提高抗干扰能力，信号放大电路中采用 了仪用放大器AD620
3.数宇信号处理电路 教字信号处理电路AT8951单片机及外圆电 路组成 P10 P11 LCD P12 P13 po 显示 驱动 14 P15 p2了 P16 WR P1.7 申行ER0M P30 P3.1 VF转换 P34 图824片机与外国电路的连接图
3．数字信号处理电路 数字信号处理电路由AT89C51单片机及外围电 路组成