基于Multisim和LabVIEW的虛擬電子稱

摘 要： 針對目前應變式傳感器教學環節中存在的設備落后、缺乏生動形象的實驗手段、與實際工程應用脫節等問題，把電路仿真軟件Multisim用于教學實踐，設計電阻應變片的測量電路，用壓控電阻模擬被測重量， 獲得輸出電壓與被測重量的關系式。在LabVIEW軟件平臺上，不使用數據采集卡的前提下，實現簡易虛擬電子稱的功能。采用Multisim和LabVIEW軟件設計的虛擬電子稱，節省了硬件資源，加深了學生對理論知識的理解，提高了實驗教學質量。

關鍵詞： 應變片式傳感器； Multisim；LabVIEW； 電子稱

中圖分類號： TN919?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0119?03

電阻應變片是廣泛應用的傳感元件之一，其量程寬、體積小、攜帶方便和準確度高[1]，在電子衡器中被廣泛應用，因此在傳感器的教學中占有非常重要的位置，其實驗也是傳感器課程諸多實驗中必做的內容，對學生深入理解和掌握相關理論知識、培養實踐能力和綜合素質具有不可忽視的作用。在該課程的實驗教學中，傳統的實驗方法僅停留在驗證性的基本原理階段，與實際聯系不多[2]，傳統的實驗電路通常又采用模塊化設計，實驗方法和手段因實驗設備的定型而很難改動，缺乏直觀性，嚴重束縛了學生的創造力，對實踐能力的提高作用有限。隨著新的測試技術的發展，電路仿真軟件和虛擬儀器軟件的不斷涌現，為解決上述問題提供了良好的平臺。學生可以在電腦上采用Multisim軟件設計應變片的測量電路，進而在LabVIEW虛擬儀器軟件平臺上，完成對實驗數據的處理和標定，從而實現電子稱功能，在一定程度代替了實驗室的硬件傳統儀器設備和元器件。

1 應變式稱重傳感器

應變式稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片和測量電路組成。其工作原理是：彈性體在外力作用下產生彈性形變，使粘貼在它表面的電阻應變片也隨之產生形變，從而引起電阻應變片的阻值發生變化，通過相應的測量電路，把電阻變化轉換為電信號輸出，從而完成將重力轉換為電信號的過程[3]。

1.1 應變片的工作原理

2 Multisim仿真

Multisim是美國國家儀器（NI）公司推出的以Windows為基礎的仿真工具。可提供4 000～17 000個電路元器件，除虛擬元件外基本采用實際參數模型，所實現的仿真具有較強的真實性[5]。該仿真軟件還提供了豐富的測試儀器和強大的電路分析手段，為正確驗證電路功能和分析電路參數提供了有力保證。因此筆者嘗試在Multisim平臺上設計全橋電路將應變電阻變化轉換為電路輸出電壓。

2.1 模型的建立

2.2 放大電路設計

差動電橋輸出的電壓信號極其微弱，采用三運放高共模抑制比放大電路將電橋輸出電壓放大。它由兩級放大器組成兩個對稱同相放大器構成第一級，由集成運放OP07，R6，R7和Rw2組成同相輸入式并聯差分放大器，具有非常高的輸入阻抗。第二級由OP07，R8，R9，R10和R11組成反向比例放大器。為方便調節，再加一級比例放大電路，并在電路的輸出級接萬用表。放大電路如圖2所示。

2.3 綜合電路仿真

3 LabVIEW的虛擬電子稱

LabVIEW是美國NI公司推出的虛擬儀器軟件開發平臺，在測控領域已得到迅速而廣泛的應用。將虛擬儀器技術引入實驗教學是高校進行實驗室建設、改革實驗教學的一個新的發展方向。在虛擬儀器軟件系統中做各種傳感器實驗，在一定程度代替了實驗室的硬件傳統儀器設備[6]，真正體現了虛擬儀器技術“軟件即儀器”的獨特魅力，有助于學生深刻理解傳感器的測試功能，提高學生的實驗興趣和實驗效率。

3.1 前面板設計

4 結 語

基于Multisim對應變測量電路進行仿真設計，獲得仿真結果，繼而在LabVIEW虛擬儀器平臺上實現了簡易電子稱。使學生加深對理論內容的理解和掌握，使得原本枯燥的理論教學和驗證性實驗轉化為貼近工業生產實際的一體化教學。大大拓展了學生的知識面， 增加學生動手機會和創新能力的同時， 其直觀有趣的交互界面更激發了學生的學習興趣和探索精神。

參考文獻

[1] 陳秋順，仲梁維.應變式稱重傳感器彈性體線性度的有限元分析[J].現代制造工程，2010（10）：97?100.

[2] 簡家文，朱雙東，謝建軍.虛擬儀器技術在傳感器檢測技術實驗教學中的應用[J].合肥工業大學學報：社會科學版，2009，23（5）：15?18.

[3] 劉迎春，葉湘濱.傳感器原理、設計與應用[M].4版.長沙：國防科技大學出版社，2004.

[4] 何道清，張禾，諶海云.傳感器與傳感器技術[M].2版.北京：科學出版社，2008.

[5] 周潤景，郝曉霞.MultisimLabVIEW虛擬儀器設計技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[6] 楊勇，郭玲，張鋼.運用虛擬儀器技術改革電子實驗教學[J].現代電子技術，2004，27（16）：60?61.