皮革水分及其挥发物测定仪的设计

　　0　引言

　　按行业标准[1],皮革样品要求称准到0·001g,控温在102±2℃,测定时间约8h。一般方法需要使用分析天平和电干燥箱,操作繁琐,而 且由于电干燥箱的温度波动较大,容易损坏样品。烘干后的试样在从干燥箱取出进行称重的过程中,会迅速吸收空气中的水分,带来操作误差,实际中不能满足企业 生产需要。若仪器内配置已有的电子天平,定会造成仪器笨重,成本较高,无法根据需要智能化处理,因此研制开发高集成度的称重系统是本仪器亟待解决的新课 题。与传统仪器相比,基于ADS1232的皮革水分仪、在测量精度、测量速度以及性价比方面具有更大优势。

　　1　系统组成及工作原理

　　皮革水分仪采用高稳定性应变电阻式称重传感器和单片微机组成智能化测量仪器。系统组成如图1所示,质量称量范围为0~100g,感量为 0·001g。称重前,称重传感器处于平衡零点,放上皮革后,称重传感器将采集到的微伏级差分信号直接送入24位Δ- A/D转换器ADS1232, ADS1232直接将称重传感器信号数字化。STC89C52微控制器处理ADS1232转换数据,驱动LCD显示, E2PROM器件采用AT24C02,用来存储测试系统的校准参数。皮革水分仪采用的加热源为红外灯,通过程序控制可控硅电路实现精确控温,单片机根据键 盘设定温度和实测温度进行智能控制。

     　2　硬件软件电路设计

　　2·1　称重系统设计

　　传感器是整个测试系统的核心,由于电阻应变式传感器具有精度高,稳定性好,制作方便,工艺成熟及价格便宜等一系列的优点,故在本次实践中采用的 就是电阻应变式双弯曲梁传感器[2]。皮革样品要求称准到0·001g,如何对称重传感器产生的信号进行高精度测量是设计仪器时面临的巨大挑战,这是因为 该信号通常很小,要设计高精度仪器,数据读取必须极其稳定。也就是说,不能存在由于噪声干扰而出现代码之间闪烁或切换,对数字转换器又提出了更高的要求。 过去一直使用一种极低噪声增益级在数字化之前放大来自桥接传感器的信号,这就要求增益级能够在温度和时间变化中要非常稳定。否则会对称量仪器的精确度产生 影响。在被测量信号缓慢地不断变化并需要极高精度的情况下,则常常使用Δ- 拓扑结构来实施A/D转换。ADS1232为仪器设计提供了一个简单的高性能、低成本、单芯片桥接传感器输出数字化解决方案。使仪器设计人员可以轻松快速 地开发出一种小型低成本高性能的称量仪器。

　　2·1·1　双弯曲梁传感器原理

　　如图2所示,双弯曲梁是传感器的弹性体,应变片分别贴在梁的上、下两个表面上,组成全桥电路。若梁的厚度为h,宽度为b,梁端到梁中心的距离为d,梁端到应变片的距离为δ,应变片的基长为a,材料的弹性模量为E,当载荷F作用时,双弯曲梁的应变为: