输液瓶液面位置测量及输液报警器的制作研究

持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。

§2.3 模数转换器电路

§2.3.1 MCP32Ol相关

MCP3201是Microchip公司生产的12位分辨率模数转换芯片，可以借助兼容SPI的简单串行接口进行通讯，具有高性能、低价格、高速度、低功耗的优点，适用于传感器接口、数据采集、工程控制及电池供电系统等诸多场所。MCP320X系列芯片是Microchip公司生产的的12位模数转换器，包含MCP3201/02/04/08四种。这几种芯片除了输入采样通道不同（分别为1,2,4,8）外，其余电气特性基本一致。结合芯片的量化位数、转换速度、转换精度、接口方式功耗及价格等诸多方面评测，MCP320X系列与市场上极为丰富的同类产品相比，客观地说，除了具备宽广的应用领域外，确实具有更为出色的性价比。在对模数转换的要求不甚苛刻的诸多场合， MCP320X几乎具备通用解决方案的潜质。如果考虑到实际设计中经常会面对的多通道模拟信号采集，MCP3201结合多路模拟开关的方案在应用上更为灵活并有助于降低系统的成本。

以下简单介绍MCP3201的主要特性并具体介绍应用接口的实现。

§2.3.2 MCP32Ol简介

MCP3201主要特性：

一、不超过+／一1 LSB的转换精度； 二、片上采样保持； 三、SPI兼容串行接口；

四、2．7～5．5 V的单电源工作电压；

五、VDD一5 V时高达100 k／s及VDD一2．7 V时高达 50 k／s的转换速率；

六、VDD一5 V时500 nA的典型待机电流及最大不超 过400 A的工作电流；

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七、工业级工作温度范围一40～85℃；

八、8引脚PDIP，SOIC，TSS()P等多种封装。

图2-4 MCP32O1引脚分布图

§2.3.3 MCP3201的工作时序

MCP3201完整的工作周期包括信号采样和转换输出 2个环节。 信号采样在MCP3201的 引脚出现下跳变后的第一个时钟脉冲(CLK)上升沿到来时开始，在2个时钟脉冲负跳变后结束。时钟信号的允许频率受芯片工作电压信号源内阻的影响，在V。。一VREF一5 V及信号源内阻不超过1 kfl前提下，CLK的允许频率可高达1．6 MHz。恰当的CIK频率选择可参照图2-5。

图2-5 CLK频率图

转换输出在CLK控制下进行，从DOUT引脚串行输出。每个CI K下降沿到来时，转换结果移出一位。串行移出的数据允许两种格式：一种是高位在前的标准模式；

另一种格式是高位在前完整输出一次转换结果后，在CLK以约定方式持续提供脉冲信号的情况下再以低位在 前的方式输出一次。相对而言，前一种方式为首选的实用 方式，图2-6为这种方式的工作时序图。

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图2-6 工作时序图

§2.4 电阻应变片原理

电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。本文详细介绍电阻应变片的分类，构造，工作原理及其应用【14】。

电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

金属电阻应变片的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应力作用时，其电阻随着所发生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化。电阻应变效应的理论公式如下：

R=?L (2-1) S式中，?——电阻率（??mm2m）； L——金属丝的长度（m）； S——金属丝的横截面积（mm2）。

由上式可知，金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、L、S三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。当受外力伸张时，长度增加，截面积减小，电阻值增加；当受压力缩短时，长度减小，截面积增大，电阻值减小。因此，只要能测出电

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阻值的变化，便可金属丝的应变情况。这种转换关系为

?R/R?K0? (2-2) 式中：

R——金属丝电阻值的变化量；Ko——金属材料的应变灵敏系数,它主要由试验方法确定，且在弹性极限内基本为常数值；ε---金属材料的轴向应变值，因此又称ε为长度应变值，对金属丝而言，其值在0.24-0.4之间。

金属电阻应变片应用于力学测量时，需要和电桥电路一起使用；由于应变片电桥电路的输出信号微弱，采用直流放大器又容易产生零点漂移现象，故多采用交流放大器对信号进行放大处理，所以应变片电桥电路一般都采用交流电供电，组成交流电桥。根据读数方法的不同，电桥又分为平衡电桥和不平衡电桥两种。平衡电桥仅适合测量静态参数，而不平衡电桥则适合测量动态参数。

由于直流电桥和交流电桥在工作原埋上相似，为了方便起见，下面仅就直流不平衡电桥进行介绍。

图2-8 直流不平衡电桥

图2-8所示电路是输出端接放大器的直流不平衡电桥的电路。第一桥臂接电阻应变片R1，其他三个桥臂接固定电阻。当应变片R1末发生应变时，由于没有阻值变化，电桥维持初始平衡条件的R1.R4=R2.R3，因而输出为零。

当应变片产生应变时，应变片产生△R1的电阻变化，电桥处于

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