应变式加速度传感器.docx

传靂春与测控电路课穆设计 说明书 题 可 娃 名 学 俛 专业 学 等 指导教师 会变片式加速度传成器的设计 机电工程学院 测控技术与仪卷 22 彩4*沪为藩渉粽京 步4榊為 菖屛泠#翊滿粛所 才.讣泠8$卜等戸#土冲却牛* 7 +?源猥。积5於4 9 7,毕艮徐自4 10 ?論咨才勢y々寒於4 二 +?咨泠买际牛* 一2 + 1 ,亲谓阳牛衲舔 一3 + ,沪片人言 14 未爲神声gcAD丰四 15 办詠wfsJfcAD沸,应 一6 17州控电路?原理Proteus图 17 -、没计题4 应变式加速度传感器的设计 二.设计任务灰技术指标 工作在?常温、带压、擀态、环境良好。 精度 0.1%F5。 州量危国20go 频响：0.1~100HZ。 也栋也压：5V。 三.设计要求 1、利用电阻或半导体的应变效应设计加速度传応器，将所河的加速度转換成 电信号。 根据抜测量，设计传感卷的性能参教和结构參教。 根据传感器敏感元件输出七量的类型设计转换也路和后嬢信号吐理电路。 皿、构壹及其原理板述 金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生史化。 用应变片测量受力蔓莎时，将应变片幕贴于诙測对象表而上。在外力作用 下，彼測对象表而产生檄小机械支形酎，应变片的敏感価也随同支形，其 也阪值发生相应的变化。通过转换也珞转换为相应的也压或乜流的变化。 根据式 a =E ￡ 式中 G :测式的应力； E：材料弹性模量 可以测得。应力值。遮过弹性元件将加速度转换为应变，因此可以用应 吏片測量加速度，从而做成应变式加速度传威義。 如图为加速度传感券的結枸示意图。 电处应交片图1加速度传感结构简图1. 电处应交片 图1加速度传感结构简图 1.充体2?支块3.也阻应变片4.时油 图2 偌感器结构示意图 測是財，将传感界的売体与彼測对象感性连篠。多有加速度作用在壳体上时，山 于梁的刚度很大，惯性质量块也以同拝的加速度运动，产生的惯性力与加速度成 正比。惯性力的大小由梁上的成变片测岀。在梁的上下各贴一个定变片，~个应 变片受拄，电阻增大，另一个災压,电阻减小。再通过电桥把电阻的变化转为电 压的变化，通过电压放大用屯压表測出相应的电压，砍而就可以得列相应的加速 度。 综上所述，等强度梁的成变可以表征彼測运动构件的加速.度大小。电阻应变 片加速度传感器的基本原理就是把由运动构件加速.度引起等强度梁的应变转换成 也量进行测量。 五、话构设计 结枸图如下图所示: 1 一等强度梁 2-质量块 J売体 —电阻应变片 图3传感器总体姑构设计 1、等强度弟的设计 为了在减小姑贴应变片时对住置的要求，选用等强度梁。 fl)材料的选择 3丿充体及质量块选用碳钢，质量块取M=50g (b)弹性元件，悬臂梁丿选用餃贵铜。 有弹性模量G = 5000Mpa.密度p =8.26g/cm, 参考课本：取长L=20mm,霓B = 10mm,厚度d = 10mm (c丿许用应力：(悬督探?丿景大的拉圧力取F=ma = 50x20xl0x 103 = 10N fiig=10N/KGJ (2)设计计算 faJ族的强度计算：多景大加速度时，探受力景大。 当M=5 0g射，受力景大为lONo 强度校核 A=—A=7.85X1O6 4 八场］ 经计算的满足强度要求。 rbj等强度梁的无阻尼固有频率 黑(%) 「％ 六.成丈片的血捋及其设计计算 电阻应变片冇金属丝式,金属儕式和金属莲膜式。 1.全属丝式危变片：粘贴性能好，制作简单，成本底。但因弯曲部的支形使 其横向效应较大。 全厲紡式危支片：可以制成多种复杂的形状，横向效应可以忽咚，蠕史. 机械之后小，疲劳寿命长。但其也阪值的分散性较大，需做阪值调發。 金属隽式应变片:电阻值比笛式应变片高，形状和尺寸也比馅式应变片 更小更精确；它没有儕式应变片腐蚀所引入的痈爲；制成的结构散热良好, 对于较宽的温度拘国也可达列枝完善的补後；特别是近几年由于激光阻技 术的发展，提寓了电阻值的抽度.可达0.01 %o尤其突出的是：陶瓷绝缘 代答了脱搂，即迎免了复杂的分选和粘贴技术，而JL对所3|入的漂衫.螭 变，疫务弱点都有很大的克服。 根据以上分析，选择金属箔式危变片 图4金厲結式应变片姑构形式 选用小型硅应变片 参考规格：额定电阻：120Q 电阪应支片直径取为0.05mm,电阻车的金属电阻丝绕成格状，绕成栅状是 为了获得嵩的阻佳，将其粘贴在绝缘的基体上，也阪冬的珂瑚焊搂引統。敘 感栅上而姑貼有保护用的摄盖是，敏感柵电阻依120Q o其结构图如图所示: 图 图5应变片的姑构形式 基底：为保特敏感俪固定的形状，尺寸和住苴,通常用粘结利将■它困结在属质甄 胶质的基底上。应变计工作射，基底起击把弹性体危变准确也传通给敏感栅的作 用。为此，基底必须很奪，取0.