1、 传感器技术传感器技术 课程设计课程设计 题 目 应变式测力仪 院 系 电子工程学院 专 业 姓 名 - 2 - 摘要摘要 电阻应变式传感器具有灵敏度和精度高，性能稳定、可靠、 尺寸小，重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快等优点，且 能在恶劣的环境下工作，在力、压力和重力要测试中有非常广泛 的应用。所以电阻应变式力传感器制作的电子称具有准确度高， 易于制作，简单实用、成本低廉、体积小巧、携带方便等特点。 对于电阻应变片式测力传感器（以下简称“测力传感器” ）来 说，弹性体的结构外形与相关尺寸对测力传感器性能的影响极 大。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的外形及相 关尺寸。假如测力传
2、感器的弹性体设计不公道，无论弹性体的加 工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以 达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹 性体进行公道的设计至关重要。 关键词：关键词：电阻应变片 测力传感器 精度 灵敏度 - 3 - 目 录 一 、设计目的 - 4 二、设计任务与要求 - 4 2.12.1 设计任务设计任务 - 4 2.22.2 设计要求设计要求 - 4 三、设计步骤及原理分析 - 5 3.13.1 设计方法设计方法 - 5 3.23.2 设计步骤设计步骤 - 6 3.33.3 设计原理分析设计原理分析 - 7 四、课程设计小结与体会 - 9 五、参考文献 -
3、 9 - 4 - 一 、设计目的 1、掌握传感器选择的一般设计方法； 2、了解有关传感器的基础知识； 3、加深对电子电路知识方面知识的理解； 4、能够熟悉传感器的检测以及应用电路； 5、培养综合应用所学知识来指导实践的能力； 二、设计任务与要求 2.12.1 设计任务设计任务 1、总体结构设计 2、精度设计 3、传感器设计 4、设计转换电路和调理电路；进行仿真实验。绘制原理图和 PCB 图 2.22.2 设计要求设计要求 1、应用应变片实现的测量； 2、该应变式传感器具有温度补偿作用； 3、给出所选应变片的型号及弹性敏感元件的类型； 4、掌握测试结果数据处理方法、误差分析方法以及精度评定方法。
4、采用异步教学方法 组织实践教学，培养学生自主学习能力、动手能力与创新能力。 - 5 - 三、设计步骤及原理分析 3.13.1 设计方法设计方法 3.1.1 总体设计方案 图 1 基于电阻应变式测力传感器的电子称系统框图 3.1.2 等强度梁的结构设计 等强度梁的结构设计如下图所示，是一种特殊形式的悬臂梁。其特点是：沿梁长度方向 的截面按一定规律变化， 当集中力作用在梁三角形顶点上时， 距作用点任何距离截面上的应 力相等，故在对方向上黏贴应变片位置要求不严。 图 2 等强度梁 - 6 - 3.23.2 设计步骤设计步骤 3.2.1 测量电桥设计 为了消除非线性误差和温度误差对测量结果的影响， 设
5、计的测量电阻应变式传感器采用 四臂差动式电桥测量电路。 距固定端较近的表面顺着梁的长度方向分别贴上、 下四个电阻应 变计。若承受拉力，则将受到压力，两者应变相等，但极性相反，如下图所示。 图 3 差动电桥 3.2.2 温度误差及其补偿 （1）温度补偿：由于测量现场环境温度改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度 误差。产生温度误差的主要因素有以下两点。a.电阻温度系数的影响。b.试件材料和电阻丝 材料的线膨胀系数的影响。 （2）温度补偿方法： a.电桥补偿法，也称补偿片发。 b.应变片的自补偿法。 c.热敏电阻补偿法。 图 4 热敏电阻补偿 - 7 - 3.33.3 设计原理分析设计原理分析 3.3.1 应变式测力传感器 应变式测力传感器是由弹性体、应变片、胶粘剂、防护涂层、补偿线路等部分组成的， 其应变传递路径是： 弹性体胶粘剂应变片敏感栅覆盖层防护涂层， 构成一个有别于 应变片本身的更复杂的系统。若把粘贴于弹性体上的应变片暂称为应变片装置 （strain gage installation），其典型结构如图所示。 图 5 典型的应变片装置的剖面图 应变式测力传感器的原理分
