五孔平行梁电阻应变式称重传感器设计 (修订版)武汉理工大学
电阻应变式拉力传感器及转换电路设计
第四是引出线，它作为联结测量导线之用。
电阻应变片主要分为电阻丝式应变片、金属箔式应变片和金属薄膜应变片。由于电阻丝式应变片有横向效应对测量的精度有影响，使灵敏度降低，而且耐疲劳性能不高。金属薄膜应变片尚难控制电阻与温度的变化关系，不常用。故选用金属箔式应变片。
五、弹性元件设计
弹性敏感元件在传感器技术中占有极为重要的地位。在传感器工作过程中，一般是由弹性敏感元件首先把各种形式的非电物理量变换成应变量或位移量等，然后配合各种形式的转换元件，把非电量转换成电量。所以在传感器中弹性元件是应用最广泛的元件。
5.1
在设计传感器以前，首先应选择好弹性元件材料。对弹性元件材料提出以下要求：
a有较高的灵敏系数；
b电阻率高；
c电阻温度系数小，具有足够的热稳定性；
d机械强度高，压碾或拉伸性能好，高温时耐氧化性能要好，耐腐蚀性能强；
e与其它金属接触的热电势小；
f与引出线焊接容易。
(2)常用的应变计材料
结论：根据应变式拉/压传感器的使用特性和性能指标,本次的传感器的要求又是要求精度不太高，并为保证弹性稳定性好，故弹性体选用硬化不锈纲材料。
5.3
对于荷重测量，要求传感器弹性元件具有高的弹性极限、高的冲击韧性和疲劳极限，具有良好的机械加工和热处理性能，具有高的抗氧化、抗腐蚀性能，而且热膨胀系数和弹性滞后应尽量小。
一、
传感器是感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号（通常为电信号）的器件或装置，传感器是发展仪器仪表、自动控制和广泛应用计算机的前提条件。
本次设计了一个应变式荷重传感器。应变式荷重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，应变片变形后，它的阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
《传感器与检测技术》课程诊改报告精选全文
精选全文完整版（可编辑修改）《传感器与检测技术》课程诊改报告一、课程建设调研《传感器与检测技术》是我院早期机电一体化专业的一门专业课程，该课程后期成为为机电一体化技术、电气自动化技术、工业机器人技术等专业的一门专业支撑课程。
在“十三五”期间，中国制造2025、“一带一路”战略的实施，互联网+战略的实施，将不断激发制造业发展活力和创造力，市场对高素质技能型人才的需求达到前所未有的高度。
随着现代化工业的快速发展，企业中原始的、简单的电气设备已在逐步淘汰，取而代之的是设备先进、技术精良的新型的现代化加工企业，而适应现代化工业发展的需要，作为培养一线生产和管理岗位人才的职业学院，更应关注职业需求的变化趋势。
在“十三五”期间，许昌经济社会发展将大力构建现代产业新体系，优先发展电力装备首席产业链，大力发展电子信息产业等，一大批新兴产业的发展，迫切需要人才与技术来支撑。
《传感器与检测技术》教学改革与课建设的目的就是为了实现高职教育对人才培养目标的要求，为培养面向生产、建设、管理、服务一线需要，具有熟练操作技能和一定实践能力的专科层次技术人才提供保证，为了实现高职高专教育的人才培养目标，根据对毕业生的跟踪调查及生产企业对《传感器与检测技术》教学的要求，我们对《传感器与检测技术》的课程内容、教学手段、教学方法、实践教学、考试方法、教材建设等方面做了大量的研究工作。
按照“工学结合”、“做中学”、“做中教”的基本思想，结合我院资源的实际情况，以知识框架为主线，引入典型工作项目，在掌握知识前提下，通过“做”相关任务全面训练职业能力，专业课程借鉴学习领域课程模式，以岗位工作项目的执行为主线，在“做”学习性工作任务的过程中，获取相关知识，全面训练职业能力。
二、课程现有基础该课程开设以来，经过市场调研，学生就业统计，企业反馈等多种渠道，建立了《传感器与检测技术》课程规划、课程设计和课程标准，而且完善了《传感器与检测技术》的教学内容体系，并为配合理论教学，逐步健全了课程的实践教学环节。
数字电子称课程设计
双列直插40脚封装，BCB输出积分型模/数转换器，电源电压=5，-5v，电源电流=1.8，-1.8mA,分辨率=3.5digit，典型模拟输入电压=土0.2，,2v，典型模拟输入电流=10pA，时钟频率=48kHz，工作温度=0-70摄氏度。
它的内部包括了线性放大、模拟开关、振荡、显示驱动等部件。该芯片可直接驱动共阳极LED数码显示管（该电路用TOS-5101BR数码管），可显示3位测量电压，电压范围为0-99.9v.可精确到0.1%。
公式3-3-2-1
当转换器和测量系统共用同一电源公共端（接地）时，差分输入电压必须在器件共模电压范围内。
3-5-3 参考电压积分阶段
第三个阶段为参考电压积分阶段或反积分阶段。VIN- 在内部连接至模拟公共端，VIN+ 引脚跨接至之前已充电的参考电容。输出回零所需的时间与输入信号成比例，在0至2000个计数之间。显示的数字读数为：
3.2 芯片TC7107的介绍……………………………………………………4
3.3 集成运放LM358的介绍…………………………………………………6
3.4 各分离电路的设计……………………………………………………7
3.5 电路参数的选取……………………………………………………9
第四章电路的组装与调试…………………………………………………………12
图3-3-1
LM358内部包括两个独立的高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适合于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的适用范围包括传感器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358的封转形式有塑封8引线双列直插式贴片
3-5-6 积分电容（CINT）
平行梁式传感器弹性体的设计与有限元分析
第25卷 第4期Vo.l 25 No .4重庆理工大学学报(自然科学)Journa l of Chongqing U niversity of T echno l ogy(N atural Science)2011年4月A pr .2011收稿日期:2010-11-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(30970764)作者简介:程晓晓(1983 ),女,河南洛阳人,硕士研究生,主要从事产品数字化设计与制造方面研究。
平行梁式传感器弹性体的设计与有限元分析程晓晓,王秋晓(重庆大学机械工程学院,重庆 400044)摘 要:根据平行梁式传感器的结构和特点,利用材料力学相关知识对其弹性体进行设计,并建立力学模型。
运用有限元分析方法进行分析,建立了既符合实际又简化的有限元模型;研究了弹性体的结构参数、载荷等因素对贴片区应变的影响,为找到准确的贴片位置和优化设计提供依据。
关 键 词:弹性体;平行梁式传感器;有限元中图分类号:TP212 文献标识码:A文章编号:1674-8425(2011)04-0055-06Desi gn and Fi nite E le m ent Analysis of E l as m oter ofParallel G irder Load SensorCHENG X iao -x iao ,WANG Q iu -x iao(Co ll ege ofM echan i ca l Eng i neer i ng ,Chongqi ng U niversity ,Chongqi ng 400044,Ch i na)Abst ract :The str ucture o f the e las m o ter ofw e i g ht senso rs can d irectl y a ffect the m easur i n g precisi o n .A ccor d i n g to the str ucture and characteristics o f parallel g ir der load sensor ,an elastic co mponentw as desi g ned based on t h e theory o fm aterialm echan ics ,and then a m echanicsm odelw as estab lished .A t the sa m e ti m e ,a rea listic and si m p lified fi n ite -ele m entm ode lw as established using the fi n ite ele m ent analysis m ethod ,and the effects of t h e structure para m eters ,load and other factors on stra i n chip paste -areas w ere researched ,based on wh ich the precise position o f the stra i n chip can be found and the opti m ization desi g n of e lastic co m ponents can be done .K ey w ords :elas m oter ;para lle l g irder load sensor ;fi n ite ele m ent 弹性体亦称弹性元件,是应变式传感器的核心部分。
传感器与检测技术课程设计《传感器与检测技术》课程改革设计方案
一、课程性质本课程作为机电一体化技术专业基础课程，在本专业的职业能力培养中所起着承前启后的桥梁作用，它既是前期理论课的延续，又是学习其他专业课的前提。
本课程主要培养学生选择应用各类传感器的能力，组成各种检测系统的能力和各种测试模块电路的设计制作能力，这些能力是构成本专业职业岗位技能的重要部份。
本课程的前期课程主要有《工程制图》《电子电路基础》《电子路线 cad》《应用数学基础》等。
二、课程整体设计1 课程目标设计1.1 能力目标(1)能够用万用表、示波器等常用仪器检查各种传感器性能，判别其好坏；(2)能够根据检测要求合理选用各种类型的传感器；(3)能够根据被测信号的特点，用不同类型的传感器设计合理的检测电路；(4)能够设计普通电子检测产品；(5)能够正确维护常用电子检测设备。
1.2 知识目标(1)掌握测量及误差理论等知识，传感器及检测技术基本知识，电桥测量电路的基本特性；(2)掌握各种常用传感器的基本工作原理、性能特点，理解它们的工作过程，掌握它们的各种应用场合和方法；(3)掌握信号处理及抗干扰技术的基本知识，理解典型检测系统的工作原理，清晰各组成部份的功能及其特性。
1.3 职业目标(1)能独立学习、工作，掌握交流与团队合作能力，具备相应的职业道德；(2)养成良好的工作责任心、坚毅的意志力和严谨的工作作风；(3)在实际工作中能创造性地完成各项任务，了解电子信息产业的相关法律法规常识；(4)掌握文明生产、安全生产与环境保护的相关规定及内容。
2 课程内容设计课程教学内容根据课程目标，按照职业岗位能力要求进行选择，采取项目教学结合虚拟真实工作场景的实践教学，培养典型电子产品设计和生产管理人员。
教学内容包括产品开辟市场调研、产品电子路线设计制作、工艺文档编制、质量检验等，通过项目执行使学生了解项目从调研到成品检验的全过程，具体教学内容安排见表 1。
表 1 《传感器与检测技术》课程内容工作过程课程内容模块子模块课时市场调研传感器常识传感器在电子产品中的应用情况4电子路线设计制作传感器选用模块电阻传感器及其应用4电容传感器及其应用4电感传感器及其应用6热电偶传感器及其应用6光电传感器及其应用4霍尔传感器及其应用4压电传感器及其应用4超声波传感器及其应用4工艺文档编制及产品质量检验检测系统集成模块信号处理与抗干扰技术4传感器网络的组成与应用4简易电子秤系统的设计10小组答辩23 能力训练项目设计学期初，将学生分成四至六名一组的学习小组，每一个学习小组分配在编号固定的传感器实验台上，上课在传感器实验室进行，在整个学习过程中完成常用传感器选型应用训练和典型检测系统集成与使用维护训练等 10 个项目。
应变式称重传感器的技术集成性与环境适应性
的能力 ，多 以无故障工作时间或可靠寿命来度量 。
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加强上述干扰量 、影 响量等问题的研 究 ，对 于称重传感器 的结构设计 、理论计算和生产 出一 贯符合 国家标准 的产品至关重要 。 称重传感器在应 用过程 中与其引入载荷的压 头 ，承受 载 荷 的底 垫 和 安 装平 台密 不 可 分 ，必 须 将其进行技术密集型组合 ，研究各部件 的结构形 状 、制 造 材 料 、加 工 方 法 和 热处 理 工 艺 等 对 引 入 载荷的影 响以及它们之间的匹配关 系 ，才能使得 称重传感器 的准确度和其他性 能充分发挥 出来 ， 保证 电子 称重 系统 的称量 准确 度 。 （ 一）称重传感器加荷的端部条件影响 通常 ，一 台称重传感器有两个 承受外载荷 的 接触面 ，对 于组装 电子衡器常用的压向称重传感 器 ，为上下两个加荷接触 面。在每个 接触面上 ， 载荷 的分布取决 于端部 的加荷条件。因此 ，这些 加荷条件的变化将 引起载荷 的分布产生变化 ，即 使在接触面上总的作用载荷保持不变 ，也将导致 称重传感器的灵敏度发生变化 。其端部加荷条件
（ 四） 特殊 工艺
理 第二次稳定性处 理一综合技术性能测试＿ 测 试 结果 存档 、产 品入库 。
其 中电阻应变计粘贴 、电路补偿与调整 、防
从 相关技术 和产品制造 工艺 中移植 过来 的 ， 对提高称重传感器技术性能有奇效 的制造工艺称 为特殊 工艺 。例如为 了消除弹性元件冷热加工产 生 的残余应力 ，提高弹性元件 尺寸的稳定性 ，引 进的航 天产 品零部件稳定处理技术 与工艺 ，主要 有反淬 火法 、冷热循环法和恒温 时效法 。为 了提
传感器与检测技术周杏鹏课后答案
传感器与检测技术周杏鹏课后答案【篇一：传感与检测技术清华大学出版社(周杏鹏)课后习题答案】求是什么?首先先由各种传感器将非电被测物理或化学成分参量转化成电参量信号，然后经信号调理，数据采集，信号处理后，进行显示，输出，加上系统所需的交，直流稳压电源和必要的输入设备，便构成了一个完整的自动检测系统。
对传感器通常有如下要求:1，准确性2,稳定性3，灵敏度4其他:如耐腐蚀性，功耗，输出信号形式，体积，售价等。
1-3试述信号调理和信号处理的主要功能和区别，并说明信号调理单元和信号处理单元通常由哪些部分组成。
信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波，转换，滤彼，放大等，以便检测系统后续处理或显示。
信号处理模块是自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和大脑相类似。
信号调理电路通常包括滤波、放大、线性化等环节。
信号处理模块通常以各种型号的嵌入式微控制器、专用高速处理器(d5p)和大规模可编程集成电路，或直接采用工业控制计算机来构建。
2-1随机误差，系统误差，粗大误差产生的原因是什么?对测量结果的影响有什么不同?从提高测量准确度看，应如何处理这些误差?随机误差主要是由于检测仪器或测量过程中某些未知或无法控制的随机因素综合作用的结果。
系统误差产生的原因大体上有:测量所用的仪器木身性能不完善或安装，布置，调整不当;在测量过程中温度，湿度，气压，电磁干扰等环境条件发生变化;测量方法不完善，或者测量所依据的理论本身不完善;操作人员视读方式不当等。
粗大误差一般由外界重大干扰或仪器故障或不正确的操作等引起的。
减小和消除系统误并的方法1.针对产生系统误差的主要原因采取相应措施2.采用修止方法减小恒差系统误差3.采用交叉读书法减小线性系统误差4.采用半周期法减小周期性系统误差随机误差的处理可以用数理统计的方法，对其分布范围做出估计，得到随机影响的不确定度。
粗大误差的处理拉伊达准则和格拉布斯准则2-2工业仪表常用的精度等级是如何定义的?精度等级与测量误差是什么关系?人为规定:取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器(系统)精度等级的标志，即用最大引用误差去掉正负号的数字来表示精度等级。
传感与检测技术_武汉理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
传感与检测技术_武汉理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在经典传感器中主要（）来消除环境温度的影响，智能传感器中主要采用的是（）。
参考答案:结构对称，监测补偿2.如果有些传感器的特性存在非线性严重，采用线性拟合或分段线性拟合仍不能满足校正误差要求时，可以采用分段曲线拟合，分段数一般取（）。
参考答案:23.在实际应用中，随机扰动往往不是单一的。
有时既要消除大幅度的脉冲干扰，又要做数据平滑，需要采（）算法，既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰。
参考答案:复合滤波算法4.一般情况下，要求热敏电阻式传感器的热敏电阻的阻值与被测温度之间呈（）关系。
参考答案:一定范围内的线性5.红外光导摄像管中，红外图像所产生的温度分布可以把靶面上感应出相应电压分布图像的物理基础是( )。
参考答案:热电效应6.压电式传感器使用( )放大器时,输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。
参考答案:电荷放大器7.在压电式加速度传感器中，将被测加速度转变为力的是（）。
参考答案:质量块8.算术平均滤波算法可以有效地滤出（）,滤波效果主要取决于采样次数，采样次数越大越大, 滤波效果越好，但系统的灵敏度下降，因此这种滤波效果只适用于（）信号。
参考答案:随机误差，缓慢变化9.两片压电片电荷极性为正、负并联输出，输出总电荷是单片电荷的（）倍，输出电压为单片电压的（）倍；参考答案:2，110.天然石英晶体理想外形是一个正六面棱体，为了分析方便，把它用三根相互垂直的轴x,y,z来描述，那么x,y,z轴分别称为（）。
参考答案:电轴，机械轴，光轴11.压电式压力传感器不适于测量（）。
参考答案:静态力12.差动变压器是利用两线圈的（）来实现非电检测的。
参考答案:互感变化13.电感传感器的频率响应低，不适用于（）测量。
参考答案:快速动态14.差动脉冲调宽电路属脉冲调制电路，它利用对传感器电容充放电使输出脉冲的宽度随电容量的变化而变化，再经（）可得对应被测量变化的（）信号。
电阻应变式称重传感器零点偏差的分析
００ １ 因 此 该 项 的 近 似 最 大 舍 去 误 差 为 １ ．０ ， ． ５×
０００１× １ ４ ６＝ ２ ｐｍ。 ． ４ Ｅ一 ０．ｐ
对 Ｇ掰项 Ｅｚ ｌ＝ ０ ９ 于 ｚ ，（ 一 芋＿４＿ Ｇ Ｇ Ｇ － ， １
３ 、 ／ 古＝ 手 ５ 酾
二者合并后其舍去误差为 ２ ． Ｅ ９ ５１ 一 。 ４ 相同方法 ，可 以得到其余 各项 的舍 去误差分
别为 ７ ４ 一 ２ ． Ｅ １ ，因此完全 可 以将 上式 ． Ｅ １ 、３ ４ 一 ２ ６ ７
表示 为 ： 分 母 （ 。Ｇ） 。Ｇ ） Ｇ＋ ２Ｇ ＋ ４ （ （ ６ 式 ）
因此 ，输 出可表 示为 ：
（ ７ 式 ）
ｅ 表示 Ａ面在上时的输出灵敏度 。 根据 图 １ 所示 ，将传感器上下旋转 １０ ８。安装
并
件 分 分
传 加 使
得
飘Ａ
Ａ
＋ ９
雕
一
试 验方 法如 下 ：
． ．
・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・
． ． ． ． ． ． ． ． ． ．
． ． ．
●●●●：：． ●● Ｉ ＂ ｘ ｍｉａｉｎＴｓ ●●●● ：：●●● ， Ｅ ａ ｎ ｔ ｅ ｔ ●●●●●． ：：： ●●● ● ●●● ●●● ● ●●， ●● ｏ
（ Ａ面 在 下 ，Ｂ面 在上 ） 即 ，则 １ 、３处 改 为受 拉 ，
２ 处改为受压 ，其输 出表示为： 、４
ｅ 庐 ｃ
根据 上述 结果 ，显然 有 ： 旦 ＝ ＧＧａＧ Ｇ） （ｚＧ ） ３ ２Ｇ ３ －１ （ ２ （ 。 Ｇ ） ３Ｇ） Ｇ＋ ２Ｇ ＋ ４ １ （＋ ＋
器重 量造 成 的零 点输 出。 二 、试验 与验证
检测技术-电容式称重传感器课程设计要点
课 程 设 计2013年4月 5课 程 传感器课程设计题 目 电容式重量传感器设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师任务书课程传感器课程设计题目电容式重量传感器应用电路设计专业测控技术与仪器姓名学号主要内容：电容式重量传感器：设计的传感器根据受压不同，输出信号不同。
本设计要求完成重量传感器的设计，采用电容式设计电路。
电容式称重传感器的原理：电容式称重传感器是把被称物体重量转换为电容容量变化的一种传感器。
通常为差动变间距电容式称重传感器，采用调频电路，实际上就是一个具有可变参数的电容器。
基本要求：1、按照技术要求，设想不同的设计方案并进行比较。
2、利用电容的特性设计出一种称重的应用电路。
3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图。
完成期限指导教师专业负责人目录一、设计要求及用途 (1)二、方案设计 (1)方案一：电阻应变式称重传感器 (1)方案二：电感式称重传感器 (2)方案三：电容式重量传感器 (2)三、电容式传感器工作原理 (3)四、电路的工作原理 (3)五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (3)1、单元电路设计 (4)2、器件选择 (5)3、元器件清单 (5)六、总结 (6)电容式重量传感器设计一、设计要求及用途设计的电容式重量传感器电路，当被称重物差动改变电容的间距而使电容发生变化时，振荡器的振荡频率发生相应变化，在鉴频器上变换为振幅的变化，经放大转换成一个直流的高电平信号输出，在称重仪表显示。
要求设计的传感器具有结构简单，能实现非接触测量，适应性强，体积小，灵敏度高，分辨率高等特点。
重量传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制、安全过载报警、材料试验机等领域。
如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态轴重秤、电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配料秤、罐装秤等。
二、方案设计目前称重传感器的敏感元件的类型主要有应变片、电容、电感等。
应变式传感器的计算
et—电桥上应变计的全部有效应变产生的总的应变输出。
4 × E0
变化公式（1），得到总应变： et =
Ei Gf
（2）
通过这两个公式，便可以计算称重传感器的输出灵敏度E0/Ei，如果给出了电桥各桥臂的应变值，
就可以计算出总的应变值et。如果给出了所需要的电桥输出值，要想确定电桥的总应变值et，我们必 须知道每个桥臂的应变值：
e1 —应变计 1 应变的绝对值。
es—应变梁表面应变。 et—电桥的总有效应变。 Ei—电桥的激励电压。 E0—电桥的输出电压。 Em—弹性模量。 f—翼缘厚度。 Gf—应变计灵敏系数。 h—应变梁厚度。 J—横截面的惯性矩。 l—从应变梁中心到应变计中心线的距离。 L—应变梁上两个应变计中心线之间的距离。 μ—泊松比。 M—应变计中心的弯矩。 N—电桥应变放大系数。 p—分载荷。
符号定义 a—结构系数。 A—横截面面积。 A＇—中性轴上横截面面积。 A1—中性轴上翼缘面积。 A2—中性轴上腹板面积。 b—应变梁翼缘或矩形截面的宽度。 c—从中性轴到应变梁或翼缘上表面的距离。 d—从中性轴到翼缘下表面的距离。 e—拉伸或压缩应变。 e1、e2、e3、e4—应变计 1、2、3、4 的应变值。
（3）
和
et=N（±e1） 用公式（1）代替et，结果是：
E0 = G f Ne1
Ei
4
（4） （5）
公式（2）变化为：
4 × E0
e1 =
Ei Gf N
（6）
有三种应力被应用于称重传感器的设计中，即拉伸与压缩应力，弯曲应力和剪切应力。 利用拉伸与压缩应力的称重传感器 利用拉伸应力与压缩应力的多为商业称重传感器，它是利用单一载荷产生的应力，代替被称物 体产生的应力。由于有较小的纵剖面设计，能为所给的受力状态提供较大的输出。 在航空工业中，通常用圆柱形弹性体作称重传感器（处于拉伸应力或压缩应力的圆柱）是比较 方便的。最好是将圆柱的两端固定或设计成双球面，若是作不到这一点，就把应变计粘贴在附加弯 矩最小区域，那里的横截面存在有规律的变化，并产生最小的弯曲应力。
最新：简易电子秤设计说明书(内含电路图)
目录第一章设计任务 (2)1.1简述电子称国内外发展现状和发展趋势1.2电子称的优势第二章总体设计与方案选定 (4)2.1理论基础2.2基本原理第三章电路调试与实验 (5)3.1设计方案3.2方案介绍及选定3.2.1方案介绍3.2.2方案选定3.3系统各部分的设计3.3.1传感器的设计3.3.2传感器的选择3.3.3测试电路设计3.3.4主要芯片介绍3.3.5方案分析3.4调试方法和实验分析3.4.1调试方法3.4.2实验结果误差分析3.4.3设计中产生错误的分析第四章设计总结体会 (16)4.1设计总计体会附录 (17)附录1 电路附录2 PCB图第一章设计任务1.1简述电子称国内外发展现状和发展趋势国内发展50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。
60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。
电子衡器制造技术及应用得到了新发展。
电子称重技术从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。
电子称重技术基本达到国际上20世纪90年代中期的水平,少数产品的技术已处于国际领先水平。
国内的电子秤市场中,1009左右量程的电子秤精度一般为0.019即10mg。
在研究方法上,电子称重系统的工作原理一般是将作用在承载器上的质量或力的大小,通过压力传感器转换为电信号,并通过控制电路来处理该电信号。
但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。
国外发展在国际上,一些发达国家在电子称重力一面已经达到了较高的水平。
特别是在准确度和可靠性等方面有了很大的提高。
在称重传感器方面,国外电子秤产品的品种和结构又有创新,技术功能和应用范围不断扩大,1)美国Revere公司研制出PUS型具有大气压力补偿功能的拉压两用的称重传感器,用于高准确度检验平台,称重平台,准确度可达5000d。
武汉理工大学互换性与测量技术课程B课件第1章__极限与配合
带图。
1.3 公差带的标准化
公差带的标准化——指公差带的大小和位置的标准化。 经标准化的公差与偏差制度称为极限制。它是一系列标 准的孔、轴公差数值和极限偏差数值。
1.3.1 标准公差系列
1.标准公差（standard tolerance）——国家标准规定的极限 制中列出的任一公差数值。 2.标准公差等级（standard tolerance grade）及其代号
线所确定的区域。 将基本尺寸、偏差、公差之间的关系用放大的比例
画成的简图，称为公差带图。
孔
零线
轴
最 大 极 限 尺 寸 (35.025)
最 小 极 限 尺 寸 ( 3 5 )孔 公 差 T ( 0 . 0 2 5 ) 上 偏 差 (+0.025) 下 偏 差 (0)
上 偏 差 (-0.025)
最小极限尺寸 (34.950)
基本尺寸 最大间隙 最小间隙为零
孔公差带
零线
零线
轴公差带
孔公差带 轴公差带
孔公差带
孔公差带
零线
零线
轴公差带
轴公差带
间隙配合图解规律
孔公差带在轴公差带之上
最大间隙Smax＝Dmax－dmin＝ES－ei（最松状态）
最小间隙Smin＝Dmin－dmax＝EI－es（最紧状态） 表示间隙配合松紧程度的特征值是Smax和Smin，有时也用 平均间隙Sav表示， Sav＝（Smax＋Smin）/2（平均松紧状态）
1.2 基本术语及定义
1.2.1 有关“尺寸”的术语及定义
1.尺寸（size）——以特定单位表示线性尺寸值的数值。 2.基本尺寸（basic size）——在设计时根据零件的强度、刚 度和结构要求确定的尺寸。
电子称传感器与检测实习报告
电子称传感器与检测实习报告第一篇：电子称传感器与检测实习报告传感器与检测实习报告实习名称：电子称的制作姓名：学号：专业班级：指导教师：实习地点：时间：目录一．实习目的与要求....................................................1 二．实习内容及过程....................................................2 1 电阻应变式称重传感器原理及简介....................2 2 实习相关原理图...................................................3 3 元器件清单...........................................................4 4元器件说明............................................................5 5注意事项：............................................................5 6制作步骤................................................................6 7具体调试：............................................................6 三．实习总结及体会. (7)实习目的与要求1.使学生通过实践了解和掌握电子产品及系统的生产环节，建立电子产品生产流程概念.2.培养学生掌握电子产品的组装和调试方法的技能，并获得组织和管理生产的初步知识。
加强学生理论联系实际，观察问题分析问题以及解决问题的能力和方法。
3.掌握常用元器件的认识和测量，学会基本仪器、基本工具的使用，如万用表、示波器、稳压电源，扫频仪掌握焊接、调试的基本方法。
基于电阻应变式传感器电子秤设计
电子秤设计一、内容提要电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。
是家庭购物使用的首选。
其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。
其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。
电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。
而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。
A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。
二、设计内容及总体方案内容是设计一个手提电子秤要求：1、电阻应变式传感器2、秤重范围为2kg3、电路由测量电桥，差动放大电路，A/D转换电路，显示电路组成4、工作原理，附系统原理图首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到A/D转换器。
其次，由A/D转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/D转换电路中。
再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。
具体方案如下：三、单元电路的具体设计1．测量电路：电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。
在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。
并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。
（1）电阻应变式传感器的组成以及原理：电阻应变式传感器简称电阻应变计。
当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。
通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数（2）电阻应变式传感器的测量电路：电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。
面向创新与实践能力培养的电阻应变测量技术实验教学探索
面向创新与实践能力培养的电阻应变测量技术实验教学探索作者：裴翠祥吴坚来源：《科教导刊》2023年第30期摘要针对目前大学实验力学中实验课程教学内容固化、实际应用和学术前沿之间的关联存在一定局限性等问题，文章以电阻应变测量技术为例，从电阻应变测量基本理论出发，通过引入基于电阻应变测量的小型电子秤制作实验，将电阻应变测量理论与实际应用结合，显著调动了学生的学习兴趣，加深了学生对电阻应变测量技术的深入理解，培养了学生的科学创新意识和实践能力。
关键词实验教学；力学实验；电阻应变测量；创新与实践中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdk.2023.30.016Exploration of Experimental Teaching of Resistance Strain MeasurementTechnology for Innovation and Practical Ability CultivationPEI Cuixiang1， WU Jian2（1.School of Aerospace， Xi'an Jiaotong University， Xi'an， Shaanxi 710049;2. School of Electrical Engineering， Xi'an Jiaotong University， Xi'an， Shaanxi 710049）Abstract There are certain limitations in the connection between the solidification of experimental teaching content， practical applications， and academic frontiers in current university experimental mechanics courses. Taking resistance strain measurement technology as an example，starting from the basic theory of resistance strain measurement， this article introduces a small electronic scale based on resistance strain measurement to make experiments， and combines resistance strain measurement theory with practical applications， significantly arousing students' interest in learning. This has deepened students' deep understanding of resistance strain measurement technology and cultivated their scientific innovation awareness and practical ability.Keywords experimental teaching; mechanical experiments; resistance strain measurement; innovation and practice电阻应变测量技术是高等学校力学专业实验力学等力学实验教学课程的重要内容之一，主要讲授如何用电阻应变传感器测量固体材料及结构在力的作用下产生的应力、应变以及对应的载荷情况。
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目录第1章电阻应变式称重传感器的原理 (2)1.1 称重传感器的组成部分 (2)1.2 工作原理 (2)第2章传感器弹性元件的设计 (3)2.1 弹性元件——五孔平行梁的特点 (3)2.2 五孔梁受力分析 (4)2.3 弹性元件材料选择 (5)2.4 五孔梁的尺寸选择 (6)第3章电阻应变片的选择 (7)3.1 应变片的工作原理 (7)3.2 应变片的结构选择 (7)3.2.1 电阻丝应变片 (7)3.2.2 箔式应变片 (8)3.2.3半导体应变片 (8)3.3 应变片的材料选择 (9)3.3.1 电阻敏感栅材料选择 (9)3.3.2 基底、引出线材料选择 (10)3.4 应变片的参数 (11)3.4.1 应变片基长 (11)3.4.2应变片的电阻值 (11)3.4.3 应变片的绝缘电阻、允许电流、应变极限 (12)第4章变换检测电路设计 (12)4.1 桥路的设计 (12)4.1.1电路选择 (13)4.1.2桥路电压源的设计 (13)4.2 放大电路的设计 (15)4.3滤波电路设计 (16)第5章传感器的工艺设计 (17)5.1应变片的粘贴工艺 (17)5.2传感器的封装 (18)5.3 传感器装配 (18)第6章误差源分析以及处理 (18)第7章小结 (20)参考文献： (21)五孔平行梁传感器设计第1章 电阻应变式称重传感器的原理电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
电阻应变式称重传感器用于静态、动态条件下测力或称重 , 在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。
它是电子衡器的核心部件。
它的质量好坏是影响电子衡器计量准确度的主要因素。
1.1 称重传感器的组成部分称重传感器主要由弹性体、电阻应变片、检测电路三部分组成。
应变片是一种传感元件 , 它的作用是将变形转变成电阻变化;弹性体是一个有特殊形状的结构件,它的主要作用是将力转换为形变;检测电路的主要部件是四臂差动电桥,它可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题,其功能是把电阻应变片的电阻变化转变为相应的电信号输出。
1.2 工作原理称重传感器的基本电路如图1所示可以推出:024131234()/()()i U R R R R U R R R R =-++式中 1R 、2R 、3R 、4R 为应变片电阻; i U 为传感器的输入信号; 0U 为传感器的输出信号。
当2413R R R R =时我们称之为电桥平衡 , 这时称重传感器的输出电压0U = 0mV 。
物料重量通过电子衡器的图 1 基本电路图托盘或料斗作用于称重传感器 , 称重传感器的弹性体在外力作用下产生弹性变形 , 使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形 , 电阻应变片变形后 , 它的阻值将发生变化 (增大或减小) 。
再经相应的检测电路 , 把这一电阻变化转换为电信号 (电压或电流) 输出 , 从而完成将外力变换为电信号的过程。
设1R =2R =3R =4R =R当受到重力作用后,传感器的应变片电阻发生变化,假设各桥臂阻值变化相同,变量为R ∆ , 即: 1R 、3R 分别减小R ∆ , 2R 、4R 分别增大R ∆ 时可以推出传感器的输出电压为: 0/i U RU R =∆第2章 传感器弹性元件的设计2.1 弹性元件——五孔平行梁的特点电阻应变式称重测力传感器按照弹性元件的受力状态可分为拉压式 柱式、筒式和环式 、弯曲式梁式和剪切式三大类。
为了改善悬臂梁的特性，在提高动特性的同时也增加灵敏度 ,将梁做成各种形状，以改变其应力分布并增强刚度，五孔梁就是其中有代表性的一种。
在悬臂梁中，又分为双孔平行梁、双连控平行梁、五孔平行梁、单空平行梁的结构。
在这其中，五孔平行梁量程大，精度高是其最大的特点。
五孔梁的结构如图2所示,在板状梁上有五个孔 ,在梁的端部有集中力作用时 ,孔内承受弯曲变形。
将应变片粘贴在孔的外壁 ,应变片处于相反的应力区内,当和的变形为拉伸时 ,和为压缩变形 ,四个应变片组成差动电桥，输出特性的线性度好。
应变片的粘贴方式如右图图2所示。
另外，这种梁的刚度比单梁好，故动特性好 ,滞后小。
根据应力分布图可以看出 ,受力点位置变化时 ,左边孔的弯矩增加，右边孔的弯矩减小，可在桥路内自动补偿，从而提高了传感器精度，使用时对力点位置图2 五孔梁结构图 应变片×4的要求也有所降低。
在称重和测力领域 ,经常采用拉压式和弯曲式应变传感器 ,该电路在精度和稳定性上已达到一定的水平 ,但由于拉压式称重测力传感器的高度直接影响精度和横向稳定性 ,而且力点移动对输出信号有影响 ,拉压对称性差 ,尤其是当安装条件和标准条件不一致时 ,引起的误差更难估计。
而五孔梁称重测力传感器有零弯矩区 ,高度小 ,对加载方式和受力点移动不敏感 ,且抗偏心、抗侧向力 ,所以我选用的称重传感器内部采用五孔梁作为弹性元件。
而近年来发展起来的梁式剪切称重测力传感器虽然消除了受力点变化对输出的影响 ,性能优良,但弹性体结构复杂 ,贴片也较困难 ,故本设计没有采用。
2.2 五孔梁受力分析力P 作用在理想位置O 处如图3所示在图8所示的结构中，可以把弹性体看作是上、下对称的平行梁式结构。
在上下面最薄处贴应变片。
通过将梁分为上下两个面，来分析受力。
应力：应变：W 为抗弯截面模量：W =(b(〖2ℎ)〗^2)/6根据上面公式，梁上各应变片粘贴处应变为a 图3 五孔平行梁受力分析 ba采用差动电桥输出时灵敏度：可见这种传感器最大的特点是载荷的安防位置不会影响传感器输出信号。
2.3 弹性元件材料选择在任何情况下，弹性敏感元件应该保证具有好的弹性特性、足够的精度和稳定性，在长期使用中和温度变化时，都应保持稳定的特性，因而对材料的基本要求有以下几个方面：（1）弹性滞后和弹性后效要小；（2）弹性模量的温度系数要小；（3）线膨胀系数要小并且要稳定；（4）有良好的机械加工和热处理性能；（5）弹性极限和强度极限要高。
弹性元件常用几种材料的机械、物理性能如表2--1所示比较这几种材料我发现结构钢中则是多用于制造小尺寸的弹性元件，其淬火时的淬透性差，而与在很多方面性能均相似，但是测力传感器弹性元件最常用的材料. 和都属于硬铝合金，它们均适合制造小量程测力传感器及动态传感器的弹性元件。
因而我最终选用LC4材料作为弹性元件的材料。
2.4 五孔梁的尺寸选择从课程设计的参考资料可设置五孔梁长A=150mm 宽B=29mm 高H=40mmL1=60mm L=30mm 。
设贴应变片处的梁孔的截面的高度为h 。
则 W =(b 〖2ℎ〗^2)/6 而LC4铝合金 E=71Gpa 由于此传感器的量程为0-2000N ，max P =2000N 在2.2中提到关于应变片的张贴位置，在四处贴应变处最大的应变为从课程设计给出的要求中，我们只需要确定在梁的最薄处的h ，通过h 我参数来实现我们传感器的要求，量程以及分辨率等等参数。
其中我们假定L3=50mm ，则力矩M=PL3那么为了达到我们的强度指标，在满量程的130%情况下还能够承受，可列出方程：δ=(PL1+PL3)×130%/（(b 〖2ℎ〗^2)/6）<抗拉强度σb6×(2600×0.06+2600×0.05)×130%0.029×4×ℎ2< 580×10−6 N/m 2得: h>4.6mmδ=(PL1+PL3)×130%/（(b 〖2ℎ〗^2)/6）<抗压强度σ0.26×(2600×0.06+2600×0.05)×130%0.029×4×ℎ2< 500×10−6 N/m 2得: h>4.8mm通过上面的分析，我们取h=5mm30CrMnSiA 40CrNiMo 302CrMnSiNi A 40CrNiMo 4LC 12LY当超过量程的130%后我们的梁还能够不损坏，说明我们的参数满足设计要求。
那么五孔悬臂梁的设计参数如下表：LL1 L2 L3 a h a 30mm60mm 30mm 50mm 29mm 5mm 150mm第3章 电阻应变片的选择3.1 应变片的工作原理电阻应变敏感元件的转换原理是基于导线的电阻-应变效应。
由金属导体的电阻定律知，对于长度为、截面积为、电阻率为的金属丝，其电阻/R L A ρ=结合材料的泊松比定律，经数学变换得金属丝电阻应变特性/(12)/x dR R d μερρ=++则金属丝灵敏系数 //(12)s x xdR R d K ρρμεε==++ 故有 /s x R R K ε∆=3.2 应变片的结构选择应变片的结构形式很多，但其主要组成部分基本相同。
其中较为典型的是丝式、箔式和半导体式。
3.2.1 电阻丝应变片丝式结构应变片的结构图如图2所示图4 电阻丝应变片L A ρ1—基底 2—敏感栅 3—覆盖层4—引线丝式结构应变片的优点：制作简单、性能稳定、价格便宜、易于粘贴。
缺点：回线式应变片横向效应大，而短接式应变片焊点多，在冲击、振动条件下，易在焊接处出现疲劳破坏，对制造工艺的要求高。
3.2.2 箔式应变片此箔式应变片的结构图如图3所示图 5 箔式应变片结构图箔式应变片结构优点：（1）制造技术能保证敏感栅尺寸准确、线条均匀，可以制作成任意形状以适应不同的测量要求；（2）粘合面积大；（3）敏感栅薄而宽，粘结情况好，传递试件应变性能好；（4）散热性能好，允许通过较大的工作电流，从而增大输出信号；（5）敏感栅弯头横向效应可以忽略；（6）蠕变、机械滞后较小，疲劳寿命高。
缺点：工艺制作有些复杂。
3.2.3半导体应变片此半导体应变片结构如图4所示图6 半导体应变片结构图1—基底 2—半导体敏感条 3—外引线 4—引线连接片 5—内引线此结构式传感器优点：灵敏系数大，动态特性好缺点：重复性及温度、时间稳定性较差，应变时非线性严重，互换性差。
总结以上典型结构的优缺点比较，选择箔式应变片较好，所以我决定选择箔式应变片作为敏感元件，并且选择如图5所示结构的箔式应变片图 7 箔式应变片结构图3.3 应变片的材料选择电阻应变计主要由电阻敏感珊、基底和面胶(或覆盖层)、粘结剂、引出线五部分组成。
基底是将传感器弹性体表面的应变传递到电阻敏感栅上的中间介质，并起到敏感栅和弹性体之间的绝缘作用，面胶起着保护敏感栅的作用，粘结剂是将敏感栅和基底粘接在一起，引出线是作为联接测量导线之用。