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前 言
传感器是感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号（通常为电信号）的器件或装置，传感器是发展仪器仪表、自动控制和广泛应用计算机的前提条件。《传感器原理与应用》课程主要研究各类传感器的工作原理、简单结构以及实际的应用。
本课程设计时间为两周，课程设计旨在培养学生的综合应用能力，通过本实践环节，使学生加深对理论知识的理解，加深对传感器性能、检测电路的形式与配接、信号的分析与处理等内容的了解，使学生对测控系统的应用与设计有感性认识，为后续课程、毕业设计和工程实践服务。
本文设计了一个电阻应变式的称重传感器。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
电阻应变式传感器是目前应用最广泛的传感器之一，已广泛地应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医疗等领域中的力、压力、力矩以及位移、加速度等参数的测量。目前，无论在数量上还是在应用领域上，与其他传感器相比都具有重要的地位。其主要优点是结构简单，使用方便，灵敏度高，性能稳定，可靠，测量速度快，适合静态、动态测量。
尚延臣 2009年6月23日
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目 录
第 1 章 电阻应变式称重传感器的原理 ........................... 1 1.1 称重传感器的组成部分 ................................................ 3
1.2 工作原理 ............................................................ 3 第 2 章 电阻应变片的设计 ................................. 4 2.1 应变片的工作原理 .................................................... 5
2.2 应变片的结构选择 .................................................... 5
2.2.1 电阻丝应变片 ................................................... 5 2.2.2 箔式应变片 ..................................................... 6 2.2.3半导体应变片 ................................................... 6 2.3 应变片的材料选择 .................................................... 7
2.3.1 电阻敏感栅材料选择 ............................................ 7 2.3.2 基底、引出线材料选择 ........................................... 8 2.4 应变片的参数 ........................................................ 9
2.4.1 应变片基长 ..................................................... 9 2.4.2应变片的电阻值 ................................................. 9 2.4.3 应变片的绝缘电阻、允许电流、应变极限 ........................... 9 第 3 章 传感器弹性元件的设计 .............................. 11 3.1 弹性元件的选择 ..................................................... 11 3.2 双孔梁受力分析 ..................................................... 11 3.3 弹性元件材料选择 ................................................... 14 3.4 双孔梁的尺寸选择 ................................................... 15 第 4 章 变换检测电路设计 ................................. 16 4.1 桥路的设计 ......................................................... 17
4.2 放大电路的设计 ..................................................... 18 4.3 检波、滤波电路的设计 ............................................... 18 4.4 其他电路的设计与选择 ............................................... 19 第 5 章 传感器的工艺设计 ................................. 20 5.1应变片的粘贴工艺 .................................................... 20
5.2传感器的封装 ........................................................ 21 5.3 传感器装配 ......................................................... 21 第 6 章 误差源分析以及处理 ................................ 21 第 7 章 小结 ......................................... 23 参考文献·····································
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电阻应变式称重传感器设计
第 1 章 电阻应变式称重传感器的原理
电阻应变式称重传感器用于静态、动态条件下测力或称重 , 在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。它是电子衡器的核心部件。它的质量好坏是影响电子衡器计量准确度的主要因素。在实际使用中 , 由于受到原材料及制造工艺、安装方法、使用条件及外部环境的影响 , 很容易发生故障 ,影响电子衡器计量数据的准确及稳定的运行。因此 ,了解称重传感器的基本原理及故障原因 , 熟练掌握故障的分析判断技术 , 是快速准确地处理电子衡器的故障 , 保证其准确、稳定运行的关键。
1.1 称重传感器的组成部分
称重传感器主要由电阻应变片、弹性体、检测电路三部分组成。应变片是一种传感元件 , 它的作用是将变形转变成电阻变化;弹性体是一个有特殊形状的结构件,它的主要作用是将力转换为形变;检测电路的主要部件是惠斯登电桥,它可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题,其功能是把电阻应变片的电阻变化转变为相应的电信号输出。
1.2 工作原理
称重传感器的基本电路如图1所示
可以推出:
U0?(R2R4?R1R3)Ui/(R1?R2)(R3?R4)
式中 R1、R2、R3、R4 为应变片电阻; Ui为传感器的输入信号; U0 为传感器的输出信号。 当R2R4?R1R3 时 , 我们称之为电桥平衡 , 这时
图 1 基本电路图
称重传感器的输出电压U0= 0mV。
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