阅读说明：本技术 一种桥梁测力传感器零点自动调节电路及调节方法 (Automatic zero point adjusting circuit and method for bridge force measuring sensor ) 是由 周蒙 蓝镇立 王小浩 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种桥梁测力传感器零点自动调节电路及调节方法,此电路包括控制器、第一开关、第二开关和数字电位器,控制器的输入端与桥梁测力传感器的电桥输出端相连,用于接收电桥的输出信号；第一开关的一端与电桥的桥臂R4的一端相连,第一开关的另一端与地相连,第二开关的一端与电桥的桥臂R3的一端相连,另一端与地相连,数字电位器的两端则分别与桥臂R3的一端和桥臂R4的一端相连；控制器分别与第一开关、第二开关和数字电位器相连,用于根据电桥输出信号控制第一开关和第二开关的通断,以及调节数字电位器的电阻值以实现零点自动调节。本发明具有成本低、可调节零点范围大且灵敏度不受影响等优点。(The invention discloses a bridge load cell zero point automatic adjusting circuit and an adjusting method, wherein the circuit comprises a controller, a first switch, a second switch and a digital potentiometer, wherein the input end of the controller is connected with the bridge output end of a bridge load cell and used for receiving an output signal of a bridge; one end of the first switch is connected with one end of a bridge arm R4 of the bridge, the other end of the first switch is connected with the ground, one end of the second switch is connected with one end of a bridge arm R3 of the bridge, the other end of the second switch is connected with the ground, and two ends of the digital potentiometer are respectively connected with one end of a bridge arm R3 and one end of a bridge arm R4; the controller is respectively connected with the first switch, the second switch and the digital potentiometer and is used for controlling the on-off of the first switch and the second switch according to the output signal of the bridge and adjusting the resistance value of the digital potentiometer to realize zero point automatic adjustment. The invention has the advantages of low cost, large adjustable zero point range, unaffected sensitivity and the like.)

一种桥梁测力传感器零点自动调节电路及调节方法

技术领域

本发明涉及桥梁测力传感器技术领域，具体涉及一种桥梁测力传感器零点自动调节电路及调节方法。

背景技术

桥梁测力传感器在安装过程中需要用螺钉或者焊接的方式将传感器固定在被测位置，而螺钉安装或者焊接都会导致传感器出现很大的零点漂移，往往其漂移量达到几mv甚至几十mv，比传感器本身的量程还大，导致后端数据采集、解调十分困难。

目前调节传感器零点通常的做法有：

1.在传感器电桥解调电路上预留调偏电阻焊盘，传感器安装后首先检测传感器的漂移量，通过计算得到调偏电阻阻值，再将对应阻值的电阻焊接到解调电路上，或者通过解调电路上的电位器进行手动调节，然而此种方式会导致调节非常麻烦且不适合安装现场使用。

2.采用专用电桥调理芯片，如max1452、ZMD31050等，在传感器安装后测得偏移量，再通过程序写入专用芯片的EEPROM，调节电桥的输出零点，但专用芯片能调节的偏移量有限，如果偏移量调节得比较大时，其输出灵敏度又大大降低，即此种方式不适用于偏移量比较大的场合。

3.专利号为CN201010216914.3，专利名称为：一种电桥零点调节电路的专利申请描述了一种电桥零点调节的方法如图1所示：惠斯通电桥由R1-R4电阻组成，电阻R1和R2由电源VCC供电，电阻R2和R3由数模转换元件的输出供电。控制元件检测电桥两个零点的电压差，并根据电压差计算得到数字电压调节量，将数字电压调节量输出到数模转换元件；数模转换元件将该数字电压调节量转换为模拟电压调节量，使电桥两个零点电压相等。此方法同样存在缺陷，电桥的灵敏度一般为几mv/V，桥臂R1和R2采用恒压供电，其输出相对稳定，但是桥臂R3和R4由数模转换输出供电。这对数模转换器件提出了很高的要求，若传感器要达到1％以上的精度，则电压稳定精度需达到几μv，相应的数模转换元件的位数要达到19位以上才能满足要求，电路成本大大提高。而且当两个桥臂的供电电压不一致时，电桥输出的线性度变差，灵敏度也降低。所以该电路调零方案不仅成本高，且线性度和灵敏度都会下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种成本低、可调节零点范围大且灵敏度不受影响的桥梁测力传感器零点自动调节电路及调节方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种桥梁测力传感器零点自动调节电路，包括控制器、第一开关、第二开关和数字电位器，所述控制器的输入端与桥梁测力传感器的电桥输出端相连，用于接收所述电桥的输出信号；所述第一开关的一端与所述电桥的桥臂R4的一端相连，所述第一开关的另一端与地相连，所述第二开关的一端与所述电桥的桥臂R3的一端相连，另一端与地相连，所述数字电位器的两端则分别与所述桥臂R3的一端和桥臂R4的一端相连；所述控制器分别与所述第一开关、第二开关和数字电位器相连，用于根据所述电桥的输出信号控制所述第一开关和第二开关的通断，以及调节数字电位器的电阻值以实现零点自动调节。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述第一开关和第二开关均为MOS管，所述控制器通过MOS驱动电路驱动所述第一开关和第二开关的通断。

所述电桥的输出端依次经仪表放大器和A/D转换器与所述控制器相连；所述仪表放大器用于对所述电桥的输出信号进行放大，所述A/D转换器用于对放大的输出信号进行A/D转换。

所述控制器为单片机或PLC。

本发明还公开了一种基于如上所述的桥梁测力传感器零点自动调节电路的调节方法，包括步骤：

1)所述控制器用于实时获取桥梁测力传感器的电桥输出信号；

2)所述控制器根据电桥输出信号控制所述第一开关和第二开关的通断，以及调节数字电位器的电阻值以实现零点自动调节。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤2)的具体过程为：

将电桥输出信号与预设标准信号进行比较；

当电桥输出信号大于所述预设标准信号时，则表明零点往正偏，此时控制第一开关关断而第二开关导通，并逐步增加数字电位器的电阻值，直至达到或者无限接近预设标准信号为止；

当电桥输出信号小于所述预设标准信号时，则表明零点往负偏，此时控制第二开关关断而第一开关导通，并逐步增加数字电位器的电阻值，直至达到或者无限接近预设标准信号为止。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明根据电桥的输出信号控制第一开关和第二开关的通断，以及调节数字电位器的电阻值以实现零点自动调节，具体通过调节数字电位器增加R3或R4的阻值能够很容易将漂移调节至零点附近，而且电路对数字点位器的精度要求不高，低成本的数字电位器偏差在1Ω范围内，对零点影响很小，故电路成本也比较低；相对于专用芯片调零，本发明可调节零点范围更大且灵敏度不受影响，而且成本低，且调零后线性度和灵敏度均不受影响。

附图说明

图1为现有技术中电桥零点调节电路图。

图2为本发明的电路在实施例的电路原理图。

图3为本发明的方法在实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图2所示，本实施例的桥梁测力传感器零点自动调节电路，用于实现对桥梁测力传感器零点的自动调节，其中桥梁测力传感器的电桥(惠斯通电桥)包括R1～R4，其连接关系如图2所示，其中R1和R2的一端与恒压源相连，另一端则分别与R3和R4相连。本发明的电路则包括控制器、第一开关、第二开关和数字电位器，控制器的输入端与桥梁测力传感器的电桥输出端相连，用于接收电桥的输出信号；第一开关的一端与电桥的桥臂R4的一端相连，第一开关的另一端与地相连，第二开关的一端与电桥的桥臂R3的一端相连，另一端与地相连，即第一开关的另一端与第二开关的另一端相连且均接地，数字电位器的两端则分别与桥臂R3的一端和桥臂R4的一端相连；控制器分别与第一开关、第二开关和数字电位器相连，用于根据电桥的输出信号控制第一开关和第二开关的通断，以及调节数字电位器的电阻值以实现零点自动调节。

本发明根据电桥的输出信号控制第一开关和第二开关的通断，以及调节数字电位器的电阻值以实现零点自动调节，具体可以通过数字电位器增加R3或R4的阻值能够很容易将漂移调节至零点附近，而且电路对数字点位器的精度要求不高，低成本的数字电位器偏差在1Ω范围内，对零点影响很小，故电路成本也比较低；相对于专用芯片调零，本发明可以调节零点范围更大且灵敏度不受影响，而且成本低，且调零后线性度和灵敏度均不受影响。

本实施例中，第一开关和第二开关均为MOS管，如图2中所示，其中第一开关为Q1，第二开关为Q2，控制器通过MOS驱动电路驱动Q1和Q2的通断，其中Q1和Q2的内阻为毫欧级别，内阻温度系数小于10ppm/℃；控制器为单片机或PLC。另外数字电位器自身带有温度补偿功能。

本实施例中，电桥的输出端依次经仪表放大器和A/D转换器与控制器相连；仪表放大器用于对电桥的输出信号进行放大，A/D转换器用于对放大的输出信号进行A/D转换。

如图3所示，本发明还公开了一种基于如上所述的桥梁测力传感器零点自动调节电路的调节方法，包括步骤：

1)控制器用于实时获取桥梁测力传感器的电桥输出信号；

2)控制器根据电桥输出信号控制第一开关和第二开关的通断，以及调节数字电位器的电阻值以实现零点自动调节。

本实施例中，步骤2)的具体过程为：

将电桥输出信号与预设标准信号进行比较；

当电桥输出信号大于预设标准信号时，则表明零点往正偏，此时控制第一开关关断而第二开关导通，并逐步增加数字电位器的电阻值，直至达到或者无限接近预设标准信号为止；

当电桥输出信号小于预设标准信号时，则表明零点往负偏，此时控制第二开关关断而第一开关导通，并逐步增加数字电位器的电阻值，直至达到或者无限接近预设标准信号为止。

下面结合附图和一完整的具体实施例对上述方法做进一步说明：

首先单片机控制MOS管Q1和Q2均导通，电桥输出信号经过仪表放大器进行放大，放大后的信号经过A/D转换器进行A/D转换后送入单片机，单片机判断采集到电压是否大于仪表放大器的偏置电压V_ref，如果大于偏置电压则说明零点往正偏，此时控制Q1关闭，Q2导通，桥臂电阻R4和数字电位器串联，单片机调节数字电位器阻值使其逐步增加，直至达到或者无限接近仪表放大器的偏置电压V_ref为止；如果小于偏置电压则说明零点往负偏，此时控制Q2关闭，Q1导通，桥臂电阻R3和数字电位器串联，单片机调节数字电位器阻值使其逐步增加，直至达到或者无限接近仪表放大器的偏置电压Vref为止。

上述电桥的桥阻通常为1-10K，当全桥电路零点漂移达到几十mv时，对应的某个桥臂电阻(如图2中的R3)相比其他三个桥臂电阻的变化量大几十甚至上百Ω，用上述方法增加R3或R4的阻值能够很容易将漂移调节至零点附近，而且电路对数字点位器的精度要求不高，低成本的数字电位器偏差在1Ω范围内，对零点影响很小，故电路成本也比较低；相对于专用芯片调零，本发明可以调节零点范围更大且灵敏度不受影响，相对目前的方案(如专利CN201010216914.3)，本发明的方案成本更低，且调零后线性度和灵敏度均不受影响。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。