地磅电阻应变式称重传感器在实验教学中的应用
实践证明，实验教学效果的好坏主要是由实验内容决定的。学生普遍对日常生活中比较熟悉的具体应用感兴趣，将具体的应用实例引入到教学实践能吸引学生的注意力，激发出学生学习的兴趣和热情，收到意想不到的实验教学效果。通过介绍电阻应变式低量程厨房秤专用称重传感器的内部电路结构、主要技术参数、实用电路设计等，阐述了怎样将电阻应变式称重传感器应用于实验教学的思想方法和实践操作过程。提炼的实验教学思想和方法，对实验教学改革具有一定的参考价值。
长期以来，我们国家的高等教育都偏重于理论教学，学生对理论计算非常熟练，可是当涉及到一些实际应用时，与国外的学生相比，还存在一定的差距，因此，大连理工大学“模拟电路实验”教学改革的重点放在为学生设计日常生活中常见的实验教学案例 帮助学生学习并掌握常用传感器的使用方法，改进了以往单纯以波形发生器所产生的输出信号作为待处理信号的实验教学模式。
实践证明，实验教学效果的好坏主要是由实验内容决定的，好的实验内容，能吸引学生的注意力，激发出学生探索未知世界的好奇心和学习热情因此，在“模拟电路实验”教学中，将日常生活中经常见到的电阻应变式称重传感器作为实验教学的研究对象和使用对象。
一、电阻应变式称重传感器
电阻应变式称重传感器，以下简称“传感器”在实际生活中有着非常广泛的应用如测力、测扭矩、测重量等 其主要利用安装在弹性体上的应变片在外载荷作用下，弹性体发生形变而引起应变片电阻的变化，通过检测应变片电阻的变化来计算外载荷的变化 再通过标定、计算求出传感器所受的外载荷，完成测试。
在地磅和自动称量技术中，测量物体的重量是学生非常熟悉的具体应用，很多学生对这一类的具体应用非常感兴趣，很想通过具体的实践操作掌握使用电阻应变式称重传感器的电路设计方法。
二、传感器内部电路结构
电阻应变式称重传感器采用了惠斯通电桥电路的设计方式，如图 1 所示。

三、传感器主要技术参数
实验中，要求学生自己查阅生产厂家提供的产品技术资料，学习并了解器件的参数和性能，学会根据生产厂家提供的产品技术资料设计实用电路。
实验要求学生掌握的电阻应变式称重传感器的主要技术参数有:
( 1) 额定载荷( FS)
额定载荷是指传感器所允许的承载范围。为便于实验操作，实验选用了额定荷载为 5kg 的小量程厨房秤专用称重传感器; 实验用秤架也借用了现成的厨房秤专用秤架; 载荷采用的是标准砝码。
( 2) 灵敏度
灵敏度是指传感器在单位激励电压信号作用下，满载荷时输出电压的变化量。多数电阻应变式称重传感器的灵敏度是 2．0mV /V，也就是说，当激励电压信号为 5V 时，加载满量程载荷，传感器的输出电压为 10mV。
( 3) 零点输出

零点输出是指在规定条件下，称重传感器在无外载荷作用下的输出电压。通常情况下，电阻应变式称重传感器的零点输出电压为 ± 2% FS。零点输出受环境温度影响较大，当温度变化较大时会引起较大的零点温度漂移。通常情况下，传感器生产厂家都会对传感器的零点温度漂移做补偿处理 。 ( 4) 输入阻抗输入阻抗是指传感器输入端的等效阻抗。其大小将直接体现在传感器的功耗上。设计电池供电产品时，应选用输入阻抗略大的传感器使用。该实验所选用传感器的输入阻抗为 410 ± 30Ω。
( 5) 输出阻抗
输出阻抗是指在传感器输出端测得的阻抗。其大小会影响下一级放大电路输入阻抗的选择。传感器输出阻抗越小，其驱动能力越强。该实验所选用传感器的输出阻抗为 350 ± 2Ω。
四、放大电路的设计
实验中所选用的称重传感器是由一种专用铝合金材料制成的小量程悬臂梁型称重传感器，其惠斯通电桥输出信号为差模电压信号。
由于生产材料和制造工艺等的制约，在设计传感器时，其 4 个桥臂的电阻值很难做到完全平衡，因此，称重传感器在无外载荷作用时，存在输出信号，即存在零点输出。设计放大电路时，应该考虑将零点输出去除。
由以上分析可知，称重传感器的输出信号是差模信号，其输出存在零点误差，因此，实验时，推荐学生使用集成运算放大器设计一个可以放大差模输入信号的仪表放大器，如图 2 所示。

五、延伸设计
经仪表放大器处理后的模拟信号需经 AD 转换变成数字信号送给 MCU 处理后，再送到显示电路显示出来。这部分内容需要学生学完后续数字电路和单片机等课程后方能继续完成。
为了让学生对系统电路设计有一个整体概念，该实验向学生介绍一款含有内置增益可调放大电路的 AD 芯片 HX712。图 3 是用 HX712 设计的厨房秤系统电路设计框图。感兴趣的学生可以提前自学该芯片以完成系统电路设计。在图 3 中，传感器的差模输出信号经过 AMP 放大和 AD 处理后，通过接口电路送到 MCU 进行处理，MCU 完成与键盘和显示器的通信，将测得的结果显示出来。在设计系统电路时，传感器的零点输出可以用数据采集和存储的方式去除，即在不加外载荷时，测出零点输出并将其暂存，当加上外载荷后，测得的结果需要将该暂存的零点输出减掉，以实现称重显示控制仪表的自动调零。

六、结束语
“模拟电路实验”是大学本科生学习并掌握硬件电路设计方法的重要实践类课程，其实验内容设计的好坏，学生在实验课上所掌握实践技能的多少都将直接影响学生后续课程的学习。
电工电子实验教学中心是训练本科生掌握电路设计技能的实践教学基地。电阻应变式称重传感器在实验教学中的应用是中心教师为学生设计的一款具有实际应用背景的实验教学案例。该实验教学案例的特点是需要学生在学习过程中持续完成。这是大连理工大学在实验教学改革中尝试的一种创新性实验教学模式，其长期教学效果还有待于长时间跟踪学生的后续学习和工作情况以进行检验; 短期看来，该实验项目很受学生欢迎，教学效果良好。