电阻应变式压力传感器的设计精品
电阻应变式称重传感器设计
前言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。
《传感器原理与应用》课程主要研究各类传感器的工作原理、简单结构以及实际的应用。
本课程设计时间为两周，课程设计旨在培养学生的综合应用能力，通过本实践环节，使学生加深对理论知识的理解，加深对传感器性能、检测电路的形式与配接、信号的分析与处理等内容的了解，使学生对测控系统的应用与设计有感性认识，为后续课程、毕业设计和工程实践服务。
本文设计了一个电阻应变式的称重传感器。
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。
电阻应变式传感器是目前应用最广泛的传感器之一，已广泛地应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医疗等领域中的力、压力、力矩以及位移、加速度等参数的测量。
目前，无论在数量上还是在应用领域上，与其他传感器相比都具有重要的地位。
其主要优点是结构简单，使用方便，灵敏度高，性能稳定，可靠，测量速度快，适合静态、动态测量。
尚延臣2009年6月23日目录第 1 章电阻应变式称重传感器的原理 (1)1.1 称重传感器的组成部分................................ 错误!未定义书签。
1.2 工作原理............................................ 错误!未定义书签。
第 2 章电阻应变片的设计................. 错误!未定义书签。
2.1 应变片的工作原理.................................... 错误!未定义书签。
2.2 应变片的结构选择.................................... 错误!未定义书签。
电阻应变片压力传感器实验报告
电阻应变片压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器——实验报告院系：管理学院姓名：胡阳学号：PB12214074电阻应变式传感器实验内容1、自己设法确认各传感器的受力是拉伸还是压缩力，并用图示说明。
2、利用所提供的元件连接单臂电桥，桥电压由万用表给出，记下零点电压。
3、依次增加砝码，测量单臂电桥的m~U定标曲线。
有了定标曲线后，就作成了一台简易的电子秤。
提示：电子秤的量程约2公斤，请勿加载过重的物体，以免损坏应变片。
4、测量待测物体的质量。
5、连接全桥电路，重复1~3步。
6、比较电路的灵敏度。
7、实验总结数据处理:1.单臂，全桥的定标线（一）单臂电桥-52.6-52.7U/mV-52.9-53.0-53.1-53.20100200300400500m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -53.17155 0.00501B 0.00107 1.65553E-5------------------------------------------------------------ R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99952 0.00692 6 0.0001（二）全桥：0.0530.0520.051U/V0.0490.0480100200300400500600m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.05271 2.06453E-5B -7.33992E-6 5.71108E-8------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99985 3.02908E-5 7 0.0001------------------------------------------------------------2、待测物体质量，比较两种电路灵敏度：单臂电桥：U= -53.17155 +0.00107 * m ; 待测物体电压：-52.57mV代入式子求得待测物体质量：m=562.20g全桥电路：U=0.05271 +（-7.33992E-6）* m；待测物体电压：0.0493V代入式子求得待测物体质量：m=464.58g单臂电桥S1=0.00107（mV/g）全桥电路S2=0.00734（mV/g）可知S3S2S1，即全桥电路的灵敏度高，单臂电桥的灵敏度低。
薄膜电阻应变式压力传感器的研制
薄膜电阻应变式压力传感器的研制引言压力传感器是一种广泛应用于工业自动化、汽车、医疗设备等领域的传感器，用于测量气体或液体的压力变化。
薄膜电阻应变式压力传感器是一种常见的压力传感器类型，其通过测量薄膜电阻在受力情况下的变化来实现对压力的测量。
本文将介绍薄膜电阻应变式压力传感器的原理、制造工艺以及性能评估。
原理薄膜电阻应变式压力传感器基于片状或薄膜状的感应元件，通过将感应元件粘合到金属、陶瓷或聚合物基座上，实现对压力的测量。
当感应元件受到压力作用时，其形状发生变化，导致电阻值发生变化。
通常，感应元件采用电阻应变片（Strain Gauge）或电阻薄膜（Resistive Film）。
电阻应变片是一种由导电材料制成的薄片，当应变作用在片上时，导电材料的电阻值发生变化。
常见的电阻应变片材料有铂、钨、镍合金等。
应变片的电阻变化可以通过电桥电路进行测量，从而得到与压力相关的输出信号。
电桥电路常使用满桥或半桥结构。
电阻薄膜是一种将导电材料以薄膜形式固定在基座上的结构。
当感应元件受到压力作用时，薄膜的形变导致电阻值发生变化。
电阻薄膜的制造工艺相对简单，但其在某些情况下可能受到温度和湿度的影响。
制造工艺薄膜电阻应变式压力传感器的制造工艺包括感应元件的制备、基座的制备以及组装工艺。
感应元件的制备通常采用微加工技术，即在硅片上通过光刻、蒸发、刻蚀等工艺形成感应元件的结构。
在电阻应变片的制备中，首先在硅片上生长薄膜，并形成需要的形状。
然后通过光刻工艺，将薄膜进行刻蚀，形成电阻应变片。
在电阻薄膜的制备中，直接在硅片上蒸发导电材料，并通过光刻工艺形成所需的薄膜形状。
基座的制备可以根据需要选择不同的材料，如金属、陶瓷或聚合物。
基座的制备工艺包括切割、抛光等步骤，以形成适合感应元件的支撑结构。
在组装工艺中，首先将感应元件粘合到基座上，然后连接导线和接头。
最后，进行封装，以保护感应元件，并连接输出信号线和电源线。
性能评估对薄膜电阻应变式压力传感器的性能评估常包括静态性能和动态性能两个方面。
基于电阻应变式力传感器的压力检测电路系统设计
1) 可感 应 1.5 公斤 的 力； 2) 感 应 到 的 力 的 大 小 以 电 压 方 式 输 出 ， 输 出 的 动 态 范 围 为 0V-3.75V
第 二 章 硬 件 实 现 ........................................................................................ 5 1 传 感 器 电 路 ....................................................................................... 5 2 测 量 放 大 电 路 .................................................................................... 8 3 偏 置 电 路 ..........................................................................................10
摘要 本文介绍了一款基于电阻应变式力传感器的压力检测电路系统。它 由应变式传感器、测量放大电路、偏置控制电路构成，能够对触力进行 定性测量，达到演示和验证应变片力传感器的原理和应用。 该系统对触力的测量简单直观，可用作为应变式触力测量的前端设 备。系统完成后，可以作为实验装置，用于学习传感器与测量技术的关 于应变式触力传感器部分的实验。 关键词： 应变 压力检测 测量放大电路
(2)集 成 化 压 力 传 感 器 已 经 越 来 越 多 的 与 其 它 测 量 用 传 感 器 集 成 以 形 成测量和控制系统。集成系统在过程控制和工厂自动化中可提高操作速度
传感器实验报告(电阻应变式传感器)
传感器技术实验报告院（系）机械工程系专业班级姓名同组同学实验时间 2014 年月日，第周，星期第节实验地点单片机与传感器实验室实验台号实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码（每只约20g）、、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。
三、实验原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1-1通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压εk E R RR R R E U 4R 4E 21140=∆⋅≈∆⋅+∆⋅= （1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为%10021L ⋅∆⋅-=RR γ。
四、实验内容与步骤1．图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R 1、R 2、R 3、R 4上，可用万用表测量判别，R 1=R 2=R 3=R 4=350Ω。
2．从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端U i 短接，输出端Uo 2接数显电压表（选择2V 档），调节电位器Rw 3，使电压表显示为0V ，Rw 3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图3．将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R 1）接入电桥与R 5、R 6、R 7构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw 1，直流电源±4V （从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端U i ，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw 1,使电压表显示为零。
电阻应变式传感器资料课件
优点与局限性
高精度测量
电阻应变式传感器具有较高的测量精 度，能够满足多种高精度测量需求。
稳定性好
传感器结构简单，稳定性好，长期使 用不易出现故障。
优点与局限性
抗干扰能力强
传感器输出的信号较大，不易受到外界干扰的影响。
应用范围广
电阻应变式传感器可应用于多种行业和领域，如压力、位移、力等的测量。
优点与局限性
在电子称重系统中的应用
01
电子称重系统
利用电阻应变式传感器测量物体的质量或重量，如电子秤、天平等。
02
原理
当被测物体放置在传感器上时，传感器受到压力产生应变，导致电阻值
发生变化，通过测量电阻值的变化即可得到物体的质量或重量。
03
应用领域
食品行业、制药行业、实验室等。
05
电阻应变式传感器的优缺点与 发展趋势
应用领域
工业过程控制、气瓶压力监测、汽 车发动机管理等。
在加速度计中的应用
加速度计
01
利用电阻应变式传感器测量物体的加速度，如振动监测、车辆
安全系统等。
原理
02
当加速度作用在敏感元件上时，敏感元件产生应变，导致电阻
值发生变化，通过测量电阻值的变化即可得到加速度值。
应用领域
03
振动监测、车辆安全系统、地震监测等。
电阻应变片的种类与特性
电阻应变片有多种类型，如单轴、双轴和三轴应变片，不同类型的应变片 适用于不同的测量需求。
应变片的特性包括灵敏度、线性范围、滞后、重复性、温度影响等，这些 特性对应变片的性能和使用具有重要影响。
应变片的灵敏度是指电阻值变化量与机械应变之间的比例系数，线性范围 是指应变片输出与输入之间保持线性关系的范围。
《电阻应变式传感器》PPT课件
F
F
dρ/ρ 金属丝电阻率的相对变化
l+dl
dA/A 金属丝截面积的相对变化
dl/l =εx 金属丝长度的相对变化 用εx 表示，称为金属丝长度方向的应变，简称轴向线应变
常用单位με( 1 με=10-6 mm/mm )
因为A=πr2，dA=2πrdr
dA A
2 dr r
2 y
（式2-4）
dr/r =εy 金属丝截面积上半径的相对变化， 用εy 表示，称为金属丝截面积上径向应变，简称径向应变
金属应变片的敏感栅通常是呈栅状。 它由轴向（直段）纵栅和圆弧（拐弯段）横栅两部分组成， 如下图所示。
横栅 r
σ
εx
轴向应变
纵栅 l0
εy
横栅 r
σ
εx
εy
εx
εy
由于试件承受单向应力σ时，应变片表面处于平面应变状态中， 即轴向（拉伸）应变εx 和横向（收缩）应变εy 。
电阻式传感器的基本原理 各种电阻材料，受被测量（如：位移、应变、压力、光、 热等）的作用，将产生电阻参数的变化。 即将测量转换成电阻参数。
电阻式传感器有： 电位计式、应变计式、压阻式、光电式和热电阻式等。
本章主要讨论： 电阻应变（计）式传感器 其它电阻式传感器本章不讨论
4
第一节 电阻应变计的基本工作原理
16
d
E x
（式2-9）
dR R
(1
2 ) x
d
（式2-6）
将(式2-9) 代入(式2-6) 得 半导体材料在轴向应变εx 作用下电阻相对变化dR/R为：
结论：
dR R
[(1 2) E] x
Ks x
式中： Ks=1+2μ+πE 半导体材料的应变灵敏度系数
传感器实验报告(电阻应变式传感器)
传感器技术实验报告院（系）机械工程系专业班级姓名同组同学实验时间 2014 年月日，第周，星期第节实验地点单片机与传感器实验室实验台号实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码（每只约20g）、、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。
三、实验原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1-1通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压εk E R RR R R E U 4R 4E 21140=∆⋅≈∆⋅+∆⋅= （1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为%10021L ⋅∆⋅-=RR γ。
四、实验内容与步骤1．图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R 1、R 2、R 3、R 4上，可用万用表测量判别，R 1=R 2=R 3=R 4=350Ω。
2．从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端U i 短接，输出端Uo 2接数显电压表（选择2V 档），调节电位器Rw 3，使电压表显示为0V ，Rw 3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图3．将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R 1）接入电桥与R 5、R 6、R 7构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw 1，直流电源±4V （从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端U i ，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw 1,使电压表显示为零。
电阻应变片压力传感器设计
《电阻应变片的压力传感器设计》题目电阻应变片的压力传感器设计时间 201608班级 2014级姓名序号指导教师教研室主任系教学主任2016年08月前言随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。
传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。
在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。
传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。
其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。
因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。
但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。
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。
本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。
本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。
应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。
传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。
由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。
基于电阻应变片的压力传感器设计
目录1.绪论 (2)2.方案的选择 (3)2.1方案的制定 (3)2.2方案的确定 (3)3.弹性元件 (5)3.1弹性元件材料选择 (5)3.2弹性元件受力分析 (5)3.3弹性元件尺寸设计 (6)3.4强度校核 (7)4.应变片的选择 (8)4.1应变片类型的选择 (8)4.2阻值的选择 (8)4.3材料的选择 (8)4.4应变片的粘贴 (8)5.测量电路的设计 (10)5.1电桥电路 (10)5.1.1电桥选择 (10)5.1.1电桥输出 (10)5.2放大电路 (11)5.3检波电路 (12)5.4低通滤波电路 (14)5.5直流放大电路 (15)6.ADC转换模块 (16)7.误差分析 (17)8.总结 (17)参考文献 (17)附录1 (18)附录2 (19)基于电阻应变片的压力传感器设计1.绪论本次课程设计的是一个基于电阻应变片的压力传感器，参考实物为YPR-8传感器，实物图如图1.1所示，主要技术指标如表一所示。
本次设计选择的指标如表2。
电阻应变式压力传感器的工作原理是，把应变片贴在测量压力的弹性元件上，当被测压力发生变化时，弹性元件内部应力的变化使得应变片的阻值随之改变，通过测量电阻来测得压力。
电阻应变式压力传感器主要是由弹性元件、应变片以及相应的测量电路组成。
图1.1 YPR-8实物图表1 主要技术指标表2 选择的技术指标规格100MPa灵敏度 1.25mV/V过载能力120%F.S激励电压10V2.方案的选择2.1方案的制定在测量压力上主要用到的是柱式传感器。
柱式传感器的弹性元件分为实心和空心两种，如图3.1.1所示图2.1.1 柱式传感器的弹性元件应变片将应变的变化转换成电阻相对变化△R/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。
常用的有两臂差动电桥和全桥电路，如图2.1.2所示图2.1.2 直流电桥电路2.2方案的确定柱式以实心或空心圆形或方形主体作为弹性元件，其特点是结构简单、紧凑、易于加工，可设计成压式或拉式，或拉压两用型，可承受最大载荷107N，用于大、中量程的传感器，且对于空心圆柱型，灵敏度和抗横向干扰可得到提高。
【精品】电阻应变式拉力传感器与转换电路设计
目录一、摘要............................................... 错误!未指定书签。
二、设计目的意义....................................... 错误!未指定书签。
三、应变式荷重传感器的原理............................. 错误!未指定书签。
四、传感器形状设计..................................... 错误!未指定书签。
4.1轮辐式传感器.................................... 错误!未指定书签。
4.2梁式传感器...................................... 错误!未指定书签。
4.3环式传感器...................................... 错误!未指定书签。
4.4柱式传感器...................................... 错误!未指定书签。
五、弹性元件设计....................................... 错误!未指定书签。
5.1弹性元件的材料要求.............................. 错误!未指定书签。
5.2弹性元件的选择.................................. 错误!未指定书签。
5.2.1常见的弹性元件 ............................ 错误!未指定书签。
5.2.2硬化不锈钢材料介绍 ........................ 错误!未指定书签。
5.3弹性元件的分析和计算............................ 错误!未指定书签。
5.3.1弹性元件的参数计算 ........................ 错误!未指定书签。
电阻应变片的压力传感器设计资料
湖南科技大学传感器课程设计题目作者学院机电工程学院专业测控技术与仪器学号指导教师杨书仪凌启辉二〇一七年六月十日应变式传感器应用广泛，很多地方都得以应用，而本次课程设计的重点是设计一个应变片柱式传感器用来称重。
研究的重点是传感器的基本原理，其中包括基本的理论分析、弹性元件的选材、弹性元件的尺寸设计、应变的选材、应变校验等。
课程设计的内容包括：掌握和了解相关传感器的基本测量方法和研究动态、制定传感器测量方案、进行必要的理论计算分析、用CAD对传感器结构及零件进行设计、对转换电路进行计算和设计等。
关键词：圆柱式、应变片、称重、形变一、工作原理及特点——————————————————11、工作原理————————————————————————12、测量特点————————————————————————1二、柱式传感器结构设计————————————————21、弹性元件材料的选定及要求————————————————22、弹性元件材料的处理———————————————————33、几种应变片的比较及选定—————————————————34、应变片材料的选定及要求—————————————————4三、相关理论分析———————————————————61、弹性敏感元件的特性参数计算———————————————62、应变片参数的计算————————————————————73、弹性元件变形与应变片电阻值关系—————————————7四、电路的设计————————————————————9参考文献—————————————————————10一、工作原理及特点一、 工作原理基本测量原理是将被测的非电量转换成电阻值的变化。
也就是利用金属的电阻应变效应(金属丝在受外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化)将测量物体变形转换城电阻值的变化，再由转换电路变成点亮的输出。
引起的电阻阻值变化ΔR ，伸长量Δl ，电阻率变化量Δρ，横截面积相应减少量ΔS ；则有：ρρ∆+∆-∆=∆S S l l R R （1-1） 式中的Δl /l 为电阻式的轴向应变，用ε表示，径向应变为Δr/r ，电阻丝的纵向伸长和横向收缩关系用泊松比μ表示为Δr/r=-μ(ΔL/L ) ()ερρμ021k l l R R =∆++∆=∆ （1-2） 式（1-2）中，k 0称为金属电阻的灵敏系数，k 0受两个因素影响：一个是（1+2μ），它由材料的几何尺寸决定；另一个是Δρ/(ρε)，它表示材料的电阻率ρ随应变而变化。
应变式压力传感器及其应用电路设计
这时电桥的输出电压变化量
Uo
=A
ΔRε +ΔR t
R
- ΔR t
R
ΔRε =A
R
(7)
式中 A 为比例常数 , 只与供桥电压和桥臂比有
关 。这样 ,电桥的输出电压仅与应变引起的电阻变化 率成正比 ,与温度变化引起的电阻变化率ΔRt无关 ,起
R
到了温度补偿的作用 。
应变片与测量= R ×kε·E = R U
R + R0
R + R0
从上式可看出 , U ′<U,因而重量减少 。
《计量与测试技术 》2007年第 34卷第 12期
接入到原来的测量电路 ,此时
U ′=U
+
R
R0
′+
R0
×U0
从上式可看出 , U ′>U ,因而重量增加 。
3 预防措施
预防电子汽车衡作弊 ,可从一下几方面入手 :
只有彻底了解了电子汽车衡作弊的原理 ,从管理和技 术上进行预防 ,才能从根本上杜绝此类作弊事件的发生。
参考文献 [ 1 ]唐文炳. 电子衡器使用与维修手册. 北京 : 中国计量出版社 ,
1995. 41 [ 2 ]殷卫宁. 电子计价秤维修大全. 北京 :电子工业出版社 , 1994. 41 [ 3 ]黄智伟 1 无线通信集成电路 1 北京 : 北京航空航天出版社 ,
贴在各种弹性敏感元件上 ,可构成测量位移 、加速度 、 力 、力矩 、压力等各种参数的电阻应变式传感器 。
2 电阻 - 应变效应 考察一段圆截面的导线 (金属丝 ) ,图 1,设其长为
L ,截面积为 A (直径为 D ) ,原始电阻为 R
R =ρ L
(1)
课程设计-电阻应变式称重传感器设计
电阻应变式称重传感器设计摘要：在分析重力传感器信号特性的基础上，模块化地设计了称重传感器信号的调理电路并对其进行了仿真实验。
结果表明：电路能实时、准确地处理信号，且工作稳定，可靠，重复性好，抗干扰能力强，可实现精密测量的目的。
关键词：称重；Lab view；电阻应变式传感器；放大电路。
一、引言随着现代数据采集系统的不断发展，对高精度信号调理技术的要求也越来越高。
由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题，因此它的信号通常不能被控制元件直接接收，这样一来，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且其电路设计的优化程度直接关系到数据采集系统的精度和稳定性。
在称重传感器信号检测中，检测精度受到诸多因素的影响，其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素之一。
电桥输出与激励电压成正比，因此，激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。
并且现场工作环境恶劣，可能存在粉尘、振动、噪声以及电磁干扰等，称重传感器输出的几百微伏至几十毫伏信号极易受到干扰。
所以研究抗干扰能力强、实时性好的信号变送和传输技术对保证检测精度具有重要意义。
二工作原理1、原理框图2、称重传感器（MS-1）MS—1型钢制“S”称重传感器，承受拉、压外力均可，输出对称性好，结构紧凑、安装方便、规格齐全。
可用于制造机电结合称、吊钩秤、料斗秤及各种专用称、工艺称等。
外形尺寸量程：50kg；尺寸：A=51mm；B=13mm；C=64mm；螺纹（公制mm）：M8×1.25；技术指标：标定数据：转换系数K:应变片测量电路：上图为直流供电的测量电桥原理图，其中第一臂为电阻应变片，由应变片引起的电阻变化为△R1，当R1=R2、R3=R4时，电桥的电压灵敏度S U为最大，此时有：U0=(1)S U=U0/(2)U0=(3)采用差动电桥可以消除非线性误差。
因此本设计电阻应变式称重传感器选用直流供电应变全桥，该电桥的电压灵敏度比单一工作应变片的电压灵敏度提高了4倍，且具有温度补偿作用。
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传感器与检测技术电阻应变式压力传感器的设计电阻应变式压力传感器的设计1.、方案设计原理框图如图一所示数显表头低通滤波相敏检波U 过零比较器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I,截面积为S,在未受力时的电阻值为丄----- ①S如图一所示，电阻丝在拉力F作用下，长度I增加，截面S减少，电阻率T也相应变化，将引起电阻变化△ R,其值为. . ：l S ,—-p ————② RIS^对于半径r为的电阻丝，截面面积S—：r2，则有：ss—2：n r。
令电阻丝的轴向应变为；- J.I，径向应变为•汀r =—巩.丄|)一；，；由材料力学可知，为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得空—(1+2忙三R ?通常把单位应电所引起的电阻相对变化称为电阻丝的灵敏系数，其表达式为AP P/从④可以明显看出，电阻丝灵敏系数K由两部分组成：受力后由材料的几何尺受力引起(1 ^1);由材料电阻率变化引起的(，1耳；_1。
对于金属丝材料,(;_1项的值比(1,2丄)小很多，可以忽略，故K = 1 。
大量实验证明在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即为常数通常金属丝的—1.7〜3.6。
④可写成2.3弹性元件的选择及设计本次设计对质量的检测是通过对压力的检测实现的，所以弹性元件承受物重也即压力，这就要求弹性元件具有较好的韧性、强度及抗疲劳性，通过查设计手册，决定选取合金结构钢30CrMnSiNi2A,其抗拉应力是1700Mpa屈服强度是1000Mpa弹性模量是211Gpa 同时本次设计选取弹性元件的形式为等截面梁，其示意图如图二所示图二等截面梁作用力F与某一位置处的应变关系可按下式计算：；=薯 式中： : 距自由端为|0处的应变值；I ――梁的长度;E ――梁的材料弹性模量; b ――梁的宽度； h――梁的厚度通过设计，选取 I =20mm, I o =14mm,b=1Omm,h=3mm6 100 14 10-3 可黑 Mpa=93.3Mpa<< 1000Mpa 10 10 9 10因此，选取是合理的2.4应变片的选择及设计从理论学习中知道，箔式应变片具有敏感栅薄而宽，粘贴性能好，传递应变 性能好；散热性好，敏感栅弯头横向效应可以忽略；蠕变，机械滞后小，疲劳寿 命长等优点，所以非常适合本次设计的应用。
选择4片箔式应变片（BX120-02AA 阻值为120Q,其基底尺寸是2.4 2.4 （mmmm ）。
同时敏感珊的材料选择铂 因为其灵敏系数达K s =4.6，且其最高工作温度可以达 800多摄氏度，栅长做到 0.5mm应变片粘贴在距自由端|0处，R1和R4粘贴在梁的上方承受正应变，R2和 R3则与之对应粘贴在下方承受负应变。
粘贴剂选择环氧树脂粘贴剂。
基底材料选择胶基，厚度为 0.03mm-0.05mm引线材料采用直径为0.15-0.18mm 的铬镍金属丝引线。
最后在安装后的应变片和引线上涂上中性凡士林油做防护作用， 以保证应变片工作性能稳定可靠。
这样最大应变为：3=竺=—69100 14310― =4.4 10^<15 10（课设条件要求）Ebh 2 211 109 10 10-3 9 106FI 0现校核如下：C=2bh因此是符合的。
且交流电桥的最大输出输入比为:三、单元电路的设计3.1电桥电路的设计为了实现对应变片的温度补偿，因此选择全桥电路作为测量电路，将4片应 变片接入电桥。
桥路图如图三所示。
其次，考虑到连线导线分布电容的影响及交 流电桥的初始平衡性问题（无称重时电桥输出应为零），应在桥路中采取调零电 路。
桥路接法如图三所示，R5和C2即是实现调零用的，取C2=1uF R5=1.8k Q 0 电桥输出为U °=U i K s；=5 —0 iR交流电源频率选择为5KHZ,现使桥路最大输出为10mV 则电压幅值为：3.2放大电路的设计由于传感器输出的电压比较小，因此需对其进行放大使之满足后续电路的处U iAR.4 10-44.6R2mVvU 。
%7Vout2out理要求。
鉴于传感器输出可能杂有共模电压，为此，选取具有高共模抑制比的 AD620作为放大器来达到净化信号电压和充分节约成本和制造的空间的目的。
电路图如图四所示其放大增益为:为了将10mV 勺电压放大到10V,需要放大1000倍，为此选择分配级为50 20 这里放大50倍，因此解得R4=1.008k Q 。
3.3移相器的设计因为电桥电路输出的电压对载波信号有一定的超前角，一般为几度到几十 度，因此在把载波信号作为相敏检波的参考电压前需对其进行一定的移相处理 图五为0-90。
的移相电路。
G =1 +49.4kQ6Ul out图四放大电路VCC500 Q Key=A电源电压U0U2图五移相电路若设R12调节后的有效电阻为R,则移相的推导为:U L±^U i1 + joRC U_二 kU 。
由 U . =U _u, U o 时 2R 2C 2+j 时 RC H j - 2 2 2"U i k (1" R C )因为，的数量级为104，所以可以取C3=100uF 这样R （ R12）可以设定在500以移相电路不改变幅值。
3.4过零比较器的设计在进行相敏检波时，我们更希望参考电压整形为方波， 这样便于比较，因此 设置一个过零比较器LM339实现这一功能。
电路图如图六所示。
tg 二1RCQ 范围，即实现相角在0-90°移动。
上式中k= 10k" 102+100」H j-1。
所图六过零比较器3.5相敏检波电路的设计由于采用的交流电压不能实现对压力方向的判别， 所以要利用相敏检波的鉴 相特性达到这一目的。
电路图如图七所示。
从图示知道，用JFET 做开关器件，当U3out >0时，其导通，U4A 正极为0 电位，信号从负极输入，放大倍数为-竺=-1，此时U1out >0;当U3out V 0时，R8JFET 截止，信号从正极输入，放大倍数为1,此时Ul out V 0。
因此，相敏检波实 现了信号的判别，只是与原信号相差一个负号。
3.6低通滤波器的设计由于经过相敏检波后的电压还混有高频载波信号，所以需将其滤掉，又因为相敏检波后输出的电压与原信号差一个负号，所以选择反相一阶有源低通滤波 器，这样就可以得到真正反映原信号的直流输出。
低通滤波器截止频率设为40HZ 。
电路图如图八所示。
U4outout（接表头显图八低通滤波电路则此环节实现的放大倍数是-更°=-20，则实现了放大倍数的另一级分配，也还R9原了原始信号的相位。
所以至此，就实现了原始信号的测量处理，即能够通过将质量为0-10kg （也 即压力为0-100N ）的物体作用于弹性元件（等截面梁）并通过应变片使其电阻 发生变化进而使后续相关电路产生对应的 0-10V 的电压实现对物体的称重，也即 1kg 物体对应1V 的电压。
将低通滤波后产生的直流电压接入数显表头就可直观 地看出物体质量的大小四、误差分析误差的形成主要来源于温度误差，造成温度误差的原因主要有以下两个：1、 敏感栅电阻随温度变化引起误差2、 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不同，使应变丝产生附加拉长或压 缩，引起电阻变化。
这样的温度误差可以通过桥路进行补偿，如本设计中的全桥电路就很好地实现 了温度的补偿其次，电桥还具有非线性误差，由于对金属丝电阻应变片，电桥非线性误 可以忽略，所以也不影响本次设计。
最后，对于如同工频等的干扰，我们尽量通过电路的优化除去干扰， 如通过 高共模抑制比仪放以及低通滤波器进行改进。
因此，从理论上说，本次设计中的误差还是比较好地得到了控制。
五、心得体会我认为，在这学期的传感器学习和实验中， 不仅培养了独立思考、动手操作 的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会 了很多学习若取R10=1k Q ，则由2 - R 10G=40HZ 可解得 3= 4uF ,另外取R9=50Q ,的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战, 只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。