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本 科 课 程 设 计 说 明 书 传感器技术课程设计 -------称重传感器的设计 2010 年 1 月  摘要 利用所学的应变片和电桥的相关知识，组成称重传感器的电路，运用多级放大电路显示输出，差动放大电路减小误差和漂移，使输出电压与实际重量数值相等，完成传感器的设计制作。 关键词 应变片 悬臂梁 电桥 运算放大器 差动放大 引言 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 正文 一、课程设计目的： 1、 掌握电桥电路的应用； 2、 测试重量与双孔应变传感器产生的电压关系； 3、 熟悉传感器设计的步骤。将课堂学到的理论知识应用于实践。 二、设计原理： 1、 称重传感器设计原理 本课程设计选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，四个特性相同的应变片贴在如图（1）所示位置，弹性体的结构决定了R1 和R3、R2 和R4 的受力方向分别相同，因此将它们串接就形成差动电桥。当弹性体受力时，根据电桥的加减特性其输出电压为： =4 （图1） 设计双孔悬臂梁称重传感器应用到的原理： (1)电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作，这种材料的泊松系数是。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R=L/S（） （1-1） 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长L，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少r。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作。 对式（1-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： R=L/S+L/S–SL/S （1-2） 由式（1-1）去除式（1-2）得到 R/R=+L/L–S/S （1-3） 另外，我们知道导线的横截面积S=，则s=2r*r，所以 S/S=2r/r （1-4） 从材料力学我们知道 r/r=-L/L （1-5） 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。是表示材料横向效应泊松系数。把式（1-4）（1-5）代入（1-3），有 R/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L =（1+2（/）/（L/L））*L/L =K*L/L （1-6） 其中 K=1+2+（/）/（L/L） （1-7） 式（1-6）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。 需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值没有量纲。 在材料力学中L/L称作为应变，记作，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。常常把它的百万分之一作为单位，记作。这样，式（1-6）常写作： R/R=K （1-8） (2)弹性体 弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。 以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。 设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。 肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，