电阻应变式压力传感器课程设计说明书汇编.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）压力 电阻应变片 交流电桥 5KHZ交流 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