电阻应变式压力传感器课程设计说明书.pdf
1绪论
1.1概述
传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科，是在现
今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速
发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。同时
我们也看到，传感器在日常生活中的运用越来越广泛，可以说它已成为了测试测
量不可或缺的环节。因此，学习、研究并在实践中不断运用传感器技术是具有重
大意义的。
1.2设计任务分析
采用电阻应变片设计一种电阻应变式质量（压力）传感器，具体要求如下：
1.正确选取电阻应变片的型号、数量、粘贴方式并连接成交流电桥；
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，
3.并根据测试极限范围进行校核；
4.完成传感器的外观与装配设计；
5.完成应变电桥输出信号的后续电路（包括放大电路、相敏检波电路、低通
滤波电路）的设计和相关电路参数计算，并绘制传感器电路原理图；
6.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）；
7.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）；
2方案设计
2.1原理简述
电阻应变式传感器为本课程设计的主要部件，传感器中的弹性元件感受物体
的重力并将其转化为应变片的电阻变化，再利用交流全桥测量原理得到一定大小
的输出电压，通过电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，
在显示表头中将电压（V）改为质量（kg）即可实现对物品质量的称重。
本次课程设计所测质量范围是0-10kg，同时也将后续处理电路的电压处理为
与之对应的0-10V。由于采用了交流电桥，所以后续电路包括放大电路，相敏检
波电路，移相电路，波形变换电路，低通滤波电路（显示电路本次未设计）。
原理框图如图一所示。
（质量）压电阻应变片交流电桥5KHZ交流
力
放大器移相器
数显表头低通滤波相敏检波过零比较器
图一原理框图
2.2应变片检测原理
电阻应变片（金属丝、箔式或半导体应变片）粘贴在测量压力的弹性元件表
面上，当被测压力变化时，弹性元件内部应力变形，这个变形应力使应变片的电
阻产生变形，根据所测电阻变化的大小来测量未知压力，也实现本次设计未知质
量的检测。
设一根电阻丝，电阻率为，长度为l,截面积为S，在未受力时的电阻值为
l
R=①
S
图二金属丝伸长后几何尺寸变化
如图二所示，电阻丝在拉力F作用下，长度l增加，截面S减少，电阻率也相
应变化，将引起电阻变化①R，其值为
RlS
=—＋①
RlS
对于半径r为的电阻丝，截面面积S=r2，则有ss=2rr。令电阻丝的
轴向应变为ll，径向应变为rr－(ll)，由材料力学可知，
为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得
R
=（1+2)①
R