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基于Multisim和LabVIEW的虚拟电子称

作者：高宇飞 牟海维 张勇 吕秀丽 来源：《现代电子技术》2013年第10期

摘 要： 针对目前应变式传感器教学环节中存在的设备落后、缺乏生动形象的实验手段、与实际工程应用脱节等问题，把电路仿真软件Multisim用于教学实践，设计电阻应变片的测量电路，用压控电阻模拟被测重量， 获得输出电压与被测重量的关系式。在LabVIEW软件平台上，不使用数据采集卡的前提下，实现简易虚拟电子称的功能。采用Multisim和LabVIEW软件设计的虚拟电子称，节省了硬件资源，加深了学生对理论知识的理解，提高了实验教学质量。

关键词： 应变片式传感器； Multisim；LabVIEW； 电子称

中图分类号： TN919?34； TP393 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0119?03

电阻应变片是广泛应用的传感元件之一，其量程宽、体积小、携带方便和准确度高[1]，在电子衡器中被广泛应用，因此在传感器的教学中占有非常重要的位置，其实验也是传感器课程诸多实验中必做的内容，对学生深入理解和掌握相关理论知识、培养实践能力和综合素质具有不可忽视的作用。在该课程的实验教学中，传统的实验方法仅停留在验证性的基本原理阶段，与实际联系不多[2]，传统的实验电路通常又采用模块化设计，实验方法和手段因实验设备的定型而很难改动，缺乏直观性，严重束缚了学生的创造力，对实践能力的提高作用有限。随着新的测试技术的发展，电路仿真软件和虚拟仪器软件的不断涌现，为解决上述问题提供了良好的平台。学生可以在电脑上采用Multisim软件设计应变片的测量电路，进而在LabVIEW虚拟仪器软件平台上，完成对实验数据的处理和标定，从而实现电子称功能，在一定程度代替了实验室的硬件传统仪器设备和元器件。 1 应变式称重传感器

应变式称重传感器主要由弹性体、电阻应变片和测量电路组成。其工作原理是：弹性体在外力作用下产生弹性形变，使粘贴在它表面的电阻应变片也随之产生形变，从而引起电阻应变片的阻值发生变化，通过相应的测量电路，把电阻变化转换为电信号输出，从而完成将重力转换为电信号的过程[3]。 1.1 应变片的工作原理 2 Multisim仿真

Multisim是美国国家仪器（NI）公司推出的以Windows为基础的仿真工具。可提供4 000～17 000个电路元器件，除虚拟元件外基本采用实际参数模型，所实现的仿真具有较强的

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真实性[5]。该仿真软件还提供了丰富的测试仪器和强大的电路分析手段，为正确验证电路功能和分析电路参数提供了有力保证。因此笔者尝试在Multisim平台上设计全桥电路将应变电阻变化转换为电路输出电压。 2.1 模型的建立 2.2 放大电路设计

差动电桥输出的电压信号极其微弱，采用三运放高共模抑制比放大电路将电桥输出电压放大。它由两级放大器组成两个对称同相放大器构成第一级，由集成运放OP07，R6，R7和Rw2组成同相输入式并联差分放大器，具有非常高的输入阻抗。第二级由OP07，R8，R9，R10和R11组成反向比例放大器。为方便调节，再加一级比例放大电路，并在电路的输出级接万用表。放大电路如图2所示。 2.3 综合电路仿真 3 LabVIEW的虚拟电子称

LabVIEW是美国NI公司推出的虚拟仪器软件开发平台，在测控领域已得到迅速而广泛的应用。将虚拟仪器技术引入实验教学是高校进行实验室建设、改革实验教学的一个新的发展方向。在虚拟仪器软件系统中做各种传感器实验，在一定程度代替了实验室的硬件传统仪器设备[6]，真正体现了虚拟仪器技术“软件即仪器”的独特魅力，有助于学生深刻理解传感器的测试功能，提高学生的实验兴趣和实验效率。 3.1 前面板设计 4 结 语

基于Multisim对应变测量电路进行仿真设计，获得仿真结果，继而在LabVIEW虚拟仪器平台上实现了简易电子称。使学生加深对理论内容的理解和掌握，使得原本枯燥的理论教学和验证性实验转化为贴近工业生产实际的一体化教学。大大拓展了学生的知识面， 增加学生动手机会和创新能力的同时， 其直观有趣的交互界面更激发了学生的学习兴趣和探索精神。 参考文献

[1] 陈秋顺，仲梁维.应变式称重传感器弹性体线性度的有限元分析[J].现代制造工程，2010（10）：97?100.

[2] 简家文，朱双东，谢建军.虚拟仪器技术在传感器检测技术实验教学中的应用[J].合肥工业大学学报：社会科学版，2009，23（5）：15?18.

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[3] 刘迎春，叶湘滨.传感器原理、设计与应用[M].4版.长沙：国防科技大学出版社，2004. [4] 何道清，张禾，谌海云.传感器与传感器技术[M].2版.北京：科学出版社，2008. [5] 周润景，郝晓霞.Multisim&LabVIEW虚拟仪器设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[6] 杨勇，郭玲，张钢.运用虚拟仪器技术改革电子实验教学[J].现代电子技术，2004，27（16）：60?61.