摘 要

对物体的密度进行测量，是生活与生产过程中经常遇到的工作。测量物体（固体与液体）密度的方法也有多种手段。而惠斯登电桥通常是测量电阻的一种工具。而如何利用惠斯登电桥测量物体密度是该毕业设计开展的工作。本文介绍了设计制作的利用惠斯登电桥测量密度的方法。详细研究了惠斯登电桥的工作原理。简要介绍电阻应变式传感器，数据采集与A/D转换卡以及单片机的一些相关应用知识。分别用传统方法（利用静力称恒法）测量、自搭惠斯登电桥手工测量和利用惠斯登电桥通过单片机控制自动测量等三种方法测量密度。具体测量了黄铜的密度以及液体密度。对几种方法的结果进行了研究与比较。阐述了各种方法与仪器测量密度的优缺点。

关键词：惠斯登电桥 电阻应变式传感器 A/D转换器 密度测量

The research on the production and principle of measuring

object density instrument by wheatstone bridge.

ABSTRACT

Measuring the density of objects is a common task in life and production.There are many ways to measure the density of an object (solid and liquid).The wheaton bridge is usually a tool for measuring resistance.How to measure the object density using the wheatstone bridge is the work of this graduation project.In this paper, a method of measuring density using wheatstone bridge is introduced.The working principle of wheatstone bridge is studied in detail.This paper briefly introduces resistance strain sensor, data acquisition, A/D conversion card and some related application knowledge of single-chip microcomputer.The density was measured by three methods: traditional measurement (using static constant method), manual measurement of self-built wheatstone bridge, and automatic measurement by using the single-chip microcomputer control of wheatstone bridge.The density of brass and the density of liquid were measured.The results of several methods are studied and compared.The advantages and disadvantages of various methods and measuring density of instruments are described.

Key Words：Wheatstone bridge; Resistance strain sensor; A/D converter;

Density measurement

目录

摘要 I

ABSTRACT II

引言 1

第一章 惠斯登电桥测量物体密度仪制作概述 2

1.1 课题的系统分析与介绍 2

1.2 系统运作的框架图 2

1.3 研究课题的几个工作模块组成 3

第二章 惠斯登电桥概述 4

2.1 惠斯登电桥历史及现状^[01] 4

2.2 惠斯登单臂电桥的两种工作原理^[02][04] 4

2.2.1 平衡电桥工作原理 4

2.2.2 非平衡电桥工作原理 5

第三章 主要硬件与软件概述 8

3.1 电阻应变片式桥式传感器测重装置^[07][10] 8

3.2 电阻应变片式桥式传感器工作原理^[10][12] 8

3.3 电阻应变片的测量^[04][06][07] 9

3.4 电阻应变片的简单应用^[01][06] 10

3.5 单片机的C语言编程^[11][15] 10

3.6 C51程序结构及数据类型^[15][16] 11

3.7 本系统主要控制程序 11

第四章 仪器设计调试与功能实现 17

4.1 传统方法测量铜块密度 17

4.1.1 直接测量 17

4.1.2 利用静力称恒法测量 17

4.2 惠斯登电桥测量固体密度 18

4.2.1 单臂电桥法测重量的装置与原理 18

4.3 多功能密度自动测量装置设计 21

4.3.1 设计思路与原理 21

4.3.2 仪器与功能介绍 23

4.3.3 仪器测量使用与技术指标 24

4.4 各种测量方法的结果比较 25

第五章 总结与展望 26

5.1 课程设计中遇到的问题以及解决的方法 26

5.2 总结与工作展望 26

参考文献 27

致谢 28

引言

现代电子技术的发展，使得一些传统的测量方法发生了巨大的变化。一些仪器的测量使用范围也得到了大的发展。也使物理学原理在工程技术中的应用得到了淋漓尽致的发挥。惠斯登电桥给人的普遍印象是，它总能出色的完成电阻值测量任务，而事实上，灵活的利用惠斯登单臂桥路，它甚至在微小形变的测量领域也同样出色。而在我们的日常生活中,密度的测定是经常遇到的一个工作。如果需要测量的密度是均匀分布的，我们就可以根据在大学物理中学到的浮力定律完成测量。

在开发测量任意形状固体密度时，我们要用到普通物理实验时做过的一个实验“流体静力称衡法”。目前该方法因其测量速度快，操作简单，广泛的应用于一些对测得密度的精度要求不高的工作中，如矿山矿石的密度测量，评估森林培育情况中对树干密度的测量，冶金行业成品金属材料的密度测量等。该方法不需要知道固体的体积，只要测出固体在空气和水中的重量就可以利用浮力定律计算出固体的密度。而为了测量液体的密度，我们可以将一块已经知道体积和重量的金属块悬挂在该液体中设法测出浮力就可以非常方便地测量出液体的密度。为此本毕业设计需要设计一套用电阻应变片测量重量的装置。主要原理是通过惠斯登电桥测量悬挂物体梁上电阻应变片的电阻值变化测量物体重量的变化。知道了物体在空气与液体中重量差就可以用“流体静力称衡法”测量密度。整个装置是利用传感器技术，电子技术和微处理技术与传统密度测量方法的结合，可以根据不同测量的需要开发研制出一款多功能密度测定仪。

惠斯登电桥测量物体密度仪制作概述

课题的系统分析与介绍

本课题通过与传统的几种密度测量方式对比，取长补短，再加入了现代的传感器技术，微机技术等等，根据不同的场合和测量需求，制作出一种以惠斯登电桥为核心的多功能密度测定仪。本系统主要应用在密度均匀物体的密度测量上，在密度均匀这一前提下，将现代电子测量技术，与大学物理中掌握的浮力定律结合，实现对形状各异的物体的密度测量。为此可以拓宽惠斯登单臂电桥的应用范围，通过测量电路中电阻变化测量微小形变实现测量物体重量，从而完成物体密度测量。论文主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分由电阻应变式传感器（即称重传感器），惠斯登单臂电桥测量电路，51单片机系统和A/D转换电路模块几部分组成。软件部分，使用的是C语言进行编程和数据的处理。

系统运作的框架图

结合上述分析和运用到的几种理论知识，可以制作出一个清晰的系统运作框架图。见图1.1。

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