传感器与检测技术电阻应变式压力传感器的设计
学院信息技术学院
指导老师
班级B1106
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f目录
一、设计任务分析3
二、方案设计3
21原理简述3
22应变片检测原理4
23弹性元件的选择及设计5
24应变片的选择及设计5
三、单元电路的设计6
31电桥电路的设计6
32放大电路的设计7
33移相器的设计8
34过零比较器的设计9
35相敏检波电路的设计9
36低通滤波器的设计10
四、误差分析10
五、心得体会11
六、致谢11
f电阻应变式压力传感器的设计
一、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
二、方案设计
21原理简述
电阻应变式传感器为本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。
本设计所测质量范围是010kg同时也将后续处理电路的电压处理为与之
对应的010V。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。
质量压力电阻应变片交流电桥5KHZ交流
放大器移相器数显表头
过零比较器
相敏检波
低通滤波
f22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ρ长度为l截面积为S在未受力时的电阻值为
RρS
l①
图一金属丝伸长后几何尺寸变化
如图一所示电阻丝在拉力F作用下长度l增加截面S减少电阻率ρ也相应变化将引起电阻变化△R其值为
RRllS
Sρρ②对于半径r为的电阻丝截面面积S2rπ则有ssrr2。令电阻丝的轴向应变为lε径向应变为rrμεμllε由材料力学可知为电阻丝材料的泊松系数经整理可得r