1、 1 基于电阻应变片的基于电阻应变片的 S 型称重传感器设计型称重传感器设计 1.绪论绪论 1.1 设计的任务及要求设计的任务及要求 1. 正确选取电阻应变片的型号、数量、粘贴方式并连接成电桥； 2. 选取适当形式的弹性元件，完成其机械结构设计、材料选择和受力分析，并 根据测试极限范围进行强度校核； 3. 完成传感器的外观与装配设计； 4. 完成应变电桥输出信号的后续电路的设计和相关电路参数计算，绘制电路原 理图（4 号图纸） ； 5. 按学校课程设计说明书撰写规范提交一份课程设计说明书（6000 字左右） ； 按机械制图标准绘制弹性元件图（4 号图纸）,机械装配图各一张（3 号图纸） ； 1
2、.21.2 设计的目的意设计的目的意义及发展趋势义及发展趋势 随着社会的发展，人们对传感器的测量精度，测量范围以及对环境的适应程 度都提出立新的要求。本设计为双梁 S 型称重传感器，具有精度高、双向承载、 便于安装等特点。在配料秤、机电结合秤、吊钩秤、包装秤、材料力学实验机等 设备力值的测量及控制上有着十分广泛的应用。 2.2.电阻应变片式传感器的工作原理及特点电阻应变片式传感器的工作原理及特点 电阻应变片式传感器是把非电物理量转化为电阻变化的一种传感器。 它将具 有电阻应变小英的金属丝接入电路， 利用金属丝的电阻随着其所受的机械变形而 发生相应的变化特性来改变电路的输出电压或电流， 并经过相
3、应的测量电路进行 转化，从而实现力的测量。 电阻应变片式传感器主要有以下特点： （1）测量灵敏度和精度高，测量范围大； （2）使用寿命长，性能稳定可靠，适应性强； （3）结构简单，尺寸小，质量轻； （4）易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离测量和遥测； 3 3 双梁双梁 S S 型传感器设计方案型传感器设计方案 3.13.1 电阻应变片的选择电阻应变片的选择 3.1.13.1.1 电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理是金属的电阻应变效应， 即金属丝的电阻随它所受机 械变形而发生相应的变化的现象。设金属丝在自由状态下的电阻为 2 S l R （1） 其中 R 为
4、电阻，为电阻率，l为金属丝长度，S 为金属丝截面积。 当金属丝因受拉尔伸长时，其电阻发生变化，对式一进行全微分可以得到： d S l dS S l dl S dR 2 （2） 则电阻的相对变化为： d S dS l dl R R d （3） 式中， l ld 为金属丝长度的相对变化，根据材料力学，它等于金属丝轴向 应 变 l ld ； S Sd 为 截 面 积 的 相 对 变 化 ， 因 为 2 rS， 所 以 r dr S dS2 ， r dr r称为金属丝径向应变，-r（为材料的泊松 系数） ； d 为电阻率的相对变化。 则由以上参数的定义，式 3 可以等效为 d R R )21( d （
5、4） 所以灵敏度系数 S K为 d R R K S )21( d （5） 并且实验证明，在金属丝的弹性变形范围内， R Rd 与轴向应变成正比， 所以 S K为常数。即就是: S K R R (6) 式 6 表明，金属丝的轴向应变与其电阻相对变化成正比，金属丝收到拉力将 产生应变，电阻值现行减小。 3.1.23.1.2 应变片种类的选择应变片种类的选择 电阻应变片分为很多类，一般常见的有金属丝是应变片，金属箔式应变片以 及金属薄膜式应变片。本次设计中我采用金属箔式应变片，主要有以下原因： 3 1.金属箔式应变片能保证线栅尺寸的准确，线条均匀，在生产时，电阻值离 散成都小； 2.敏感栅薄而宽，粘
6、贴性能好，传递试件应变性能好； 3.散热性能好，允许通过较大的工作电流，从而提高了输出灵敏度； 4.敏感栅弯头横向效应可以忽略； 5.蠕变、机械滞后较小，抗疲劳寿命长； 3.1.33.1.3 应变片材料的选择应变片材料的选择 3.1.3.1 3.1.3.1 敏感栅材料的选择敏感栅材料的选择 对于敏感栅材料，为保证 R R 与有良好而且宽广的线性关系，要求材料 灵敏度系数 Ks 和电阻率要尽可能大而稳定；为了减小温度误差的影响，要求 材料的电阻温度系数小，且电阻温度间的线性关系和重复性要好；并且在弹性 元件的选择中我选择国内目前应用最多的 30CrMnSiA,其线性膨胀系数为 6- 1011 ，为了在应变片中实现温度自补偿，则应变片敏感栅必须尽量满足： 0)( g s K （7） 综合以上因素， 对比常见的几种敏感栅材料可知选择康铜作为敏感栅材料最 为合适。 3.1.3.2 3.1.
