(情绪管理)电阻应变式压力传感器课程设计说明书
基于电阻应变片的压力传感器设计说明
![基于电阻应变片的压力传感器设计说明](https://img.taocdn.com/s3/m/bd93133176c66137ee06199b.png)
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2.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。
电阻应变片课程设计
![电阻应变片课程设计](https://img.taocdn.com/s3/m/97718417ce84b9d528ea81c758f5f61fb7362894.png)
电阻应变片课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解电阻应变片的工作原理及其在传感器中的应用。
2. 学生能掌握电阻应变片的构造、特性及影响其准确度的因素。
3. 学生能够描述电阻应变片在不同物理量测量中的应用场景。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识,正确连接并操作电阻应变片进行简单的物理量测量。
2. 学生通过实验和数据分析,能够解决与电阻应变片相关的实际问题,培养动手能力和问题解决能力。
3. 学生能够设计简单的电路,将电阻应变片的信号转换为可读数据,提升创新设计和实际应用能力。
情感态度价值观目标:1. 学生通过本课程的学习,能够培养对物理实验和传感器技术的兴趣,增强探索科学的积极性。
2. 学生在小组合作中,能够培养团队协作精神,尊重他人意见,提升沟通表达能力。
3. 学生能够认识到科技发展对社会进步的重要性,培养社会责任感和创新精神。
课程性质:本课程为实践性较强的物理选修课程,旨在通过理论与实验相结合的方式,帮助学生深入理解电阻应变片相关知识。
学生特点:学生为高中生,具备一定的物理基础和实验操作能力,对新技术和新知识有较高的好奇心。
教学要求:课程注重理论联系实际,鼓励学生动手实践,通过小组讨论和实验报告等形式,培养学生的自主学习能力和科学思维。
教学过程中,将目标分解为具体的学习成果,便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识:- 电阻应变片的定义、工作原理及其在传感器中的应用。
- 电阻应变片的构造、材料特性、灵敏度、影响准确度的因素。
- 电阻应变片在不同物理量测量中的应用案例分析。
2. 实践操作:- 电阻应变片的安装、连接及使用方法。
- 设计简单的电路,实现电阻应变片信号的转换与读取。
- 小组合作进行物理量测量实验,记录和分析数据。
3. 教学大纲:- 第一课时:介绍电阻应变片的基础知识,包括定义、工作原理和应用。
- 第二课时:学习电阻应变片的构造、材料特性和灵敏度,分析影响准确度的因素。
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](https://img.taocdn.com/s3/m/facc264776232f60ddccda38376baf1ffc4fe3ed.png)
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。
课程设计--应变式力传感器设计
![课程设计--应变式力传感器设计](https://img.taocdn.com/s3/m/bccff729dd36a32d7375817d.png)
本文主要介绍应变式力传感器的设计及应用。
当今时代,传感器技术已形成为电子工业基础产品的一个独立门类,是信息社会的重要技术基础,应变式力传感器用作静态、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。
随着技术进步以及用现代电子信息技术改造传统产业的深入,其需求量日趋增加。
在本文中主要介绍传感器的工作原理,电阻应变片的基本工作原理,传感器的选择材料,弹性元件的选择,应变式传感器的结构与设计。
以及简单介绍电阻应变式力传感器的两种应用形式,柱式力传感器,梁式力传感器及它们胶的粘贴类型及工艺原理,最后介绍温度补偿方法等。
关键词:力传感器;电阻应变片;电桥;线性度1 引言 (4)1.1 课题研究背景 (4)1.2 国内外发展动态 (4)1.3 传感器概念 (5)1.4 传感器的工作原理 (5)1.5 传感器的组成结构 (6)2 电阻应变片的相关知识 (8)2.1 电阻应变片的结构和工作原理 (8)2.2 电阻应变效应 (8)2.3 电阻应变片的种类及材料 (10)2.3.1 电阻应变片的种类 (10)2.3.2 电阻应变片的材料 (12)2.4 金属应变片的主要特性 (14)2.5 柱形应变式力传感器 (18)2.5.2 利用拉伸与压缩应力的称重传感器 (19)2.5.3 柱式称重传感器的误差来源 (22)2.6 梁式力传感器 (22)3 粘贴技术及稳定处理 (26)3.1 应变片粘贴技术 (26)3.1.1 粘结剂的选择 (26)3.1.2 应变计的粘贴 (26)3.2 弹性元件材料的稳定处理 (27)4电阻应变式传感器的信号处理电路 (29)4.1 转换电路 (29)4.2 直流电桥 (29)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)1 引言1.1课题研究背景现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理技术,也就是传感技术、通信技术和计算机技术,它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”、“大脑”。
电阻式应变式传感器PPT讲稿
![电阻式应变式传感器PPT讲稿](https://img.taocdn.com/s3/m/a5aefea703d8ce2f006623c9.png)
图1.9 测量梁的弯曲应变
接入相邻臂
输出电压增加2倍
△R1t=△RBt
应变状态相反
上午12时44分
23
温度误差补偿 ② 应变片自补偿法
➢单丝自补偿
t 0 即 K (g s)
➢ 双丝自补偿
R Ra Rb
Rbt
bt at
[
Rb Rat
]
Ra Rb
Ra
图1.10 双金属丝栅法
上午12时44分
丝式
体形
短接式应变片
箔式
薄膜型
(a) 上午12时44分
(b)
图1.3 丝式应变片
(c) 11
厚约0.003-0.01mm
二、应变片类型
(a)
(b)
(c)
(d) 上午12时44分
(e)
图1.4 几种箔式应变片
(f) 12
二、应变片类型
厚度0.1 m以下,是薄膜技术发展的产物
图1.5 薄膜应变片
上午12时44分
电阻式应变式传感器课件
上午12时44分
1
应应变变式式传传感感器器 非电量 电阻元件 电阻变化
一、工作原理
本
二、应变片的类型与材料
节 内 容
三、应变片的特性 四、温度误差与补偿 五、信号调节电路 六、应变式传感器的应用
上午12时44分
2
§2.1应变式传感 器
应变计工作的物理基础 —— 电阻应变效应
电 桥
桥臂关系
半等臂电桥
电源端对称 Z1 Z 4, Z 2 Z 3 输出端对称 Z1 Z 2, Z 3 Z 4
全等臂电桥 Z1 Z 2 Z 3 Z 4
负载 电压输出桥:RL , I 0
应变式传感器课程设计
![应变式传感器课程设计](https://img.taocdn.com/s3/m/57cb453d26d3240c844769eae009581b6ad9bd46.png)
应变式传感器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解应变式传感器的原理,掌握其组成结构及工作方式。
2. 学生能够描述应变式传感器在工程测量中的应用,了解其优缺点。
3. 学生掌握应变式传感器的数学模型及其转换关系。
技能目标:1. 学生能够独立完成应变式传感器的电路连接,进行简单的数据采集。
2. 学生能够运用所学知识,对实际测量中的数据进行初步处理和分析。
3. 学生能够运用应变式传感器设计简单的实际应用项目,提高解决问题的能力。
情感态度价值观目标:1. 学生通过学习应变式传感器,培养对物理科学的兴趣和探究精神。
2. 学生在团队合作中,培养沟通协调能力和团队合作精神。
3. 学生了解传感器技术在现代社会中的重要作用,增强对科技创新的认识,提高社会责任感和使命感。
课程性质:本课程为高二年级物理选修课程,旨在通过实践操作,使学生掌握应变式传感器的基本原理和应用。
学生特点:高二年级学生已具备一定的物理基础和实验操作能力,对传感器技术有一定了解,但对实际应用尚缺乏经验。
教学要求:结合学生特点,课程设计注重理论与实践相结合,提高学生的动手操作能力和问题解决能力。
通过具体的学习成果分解,使学生在课程结束后能够达到上述课程目标。
后续教学设计和评估将以此为基础,确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 应变式传感器原理及结构- 介绍应变式传感器的工作原理- 分析应变片的结构和材料- 讲解应变式传感器的电路连接方式2. 应变式传感器的数学模型- 探讨应变式传感器的转换关系- 引导学生建立应变式传感器的数学模型- 实例分析应变式传感器的数学模型应用3. 应变式传感器的应用- 介绍应变式传感器在工程测量中的应用领域- 分析应变式传感器的优缺点- 案例展示应变式传感器在实际项目中的应用4. 实践操作与数据处理- 安排学生进行应变式传感器的电路连接及数据采集- 指导学生进行实验数据的初步处理和分析- 引导学生针对实际问题,运用应变式传感器进行解决方案的设计5. 教学进度安排- 原理及结构:2课时- 数学模型:2课时- 应用:2课时- 实践操作与数据处理:4课时教材章节关联:- 第二章 传感器原理- 第三章 传感器数学模型- 第四章 传感器应用- 附录 实验操作指导教学内容根据课程目标进行选择和组织,注重科学性和系统性。
第2章 电阻应变式传感器
![第2章 电阻应变式传感器](https://img.taocdn.com/s3/m/40175ccfa1c7aa00b52acb6d.png)
F
3.2.2 位移传感器
R4 R3 U0 R1 E R2 R1 R2 F
图2.11 应变片式线位移传感器
U
3.2.4 压力传感器
0
= k U ε = kU
3l 4 Eb h
2
F
3.2.3 加速度传感器
作业: 作业:
1. 什么叫电阻式传感器?什么是电阻应变效应? 什么叫电阻式传感器?什么是电阻应变效应? 2. 电阻应变式传感器的工作原理? 电阻应变式传感器的工作原理? 3. 作出桥式测量电路图,并推导直流电桥平衡条件, 作出桥式测量电路图,并推导直流电桥平衡条件, 以及不对称电桥的输出电压变化. 以及不对称电桥的输出电压变化.
3.2 应用
3.2.1 应变式测力与荷重传感器
kU F U 0 = 2 (1 + ) AE
图2.8 受力圆柱上应变片的粘贴
图2.9 受力薄臂环上应变片的粘贴
U
0
= k U ε = kU
1 .092 R bδ E
2
F
图2.10 受力等强度梁应变片的粘贴
U
0
= k U ε = kU
6l E b0 h
1
Z3 = Z 2Z 4
z1 z3 = z 2 z 4
φ1 + φ3 = φ2 + φ4
或
(R1 + jX1)(R3 + jX3 ) = (R2 + jX2 )(R4 + jX4 )
2.2 电桥的调平衡
在应变片工作之前必须进行电桥的平衡调节. 在应变片工作之前必须进行电桥的平衡调节.对于直流 电桥可采用串联或并联电位器法, 电桥可采用串联或并联电位器法,对于交流电桥一般采用阻 容调平衡法. 容调平衡法.
《应变式压力传感器》PPT课件
![《应变式压力传感器》PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/5e7f8b5b6529647d26285240.png)
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5 应变片粘贴
传感器与检测技术教程
(1) 准备:
① 试件——在粘贴部位的表面,用砂布在与轴 向成45°的方向交叉打磨至Ra为6.3μm→清洗 净打磨面→划线,确定贴片坐标线→均匀涂一 薄层粘结剂作底;
② 应变计——外表和阻值检查→刻划轴向标记 →清洗。
(2) 涂胶:
在准备好的试件表面和应变计基底上均匀涂一薄 层粘结剂。
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传感器与检测技术教程
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3 金属箔式应变片
传感器与检测技术教程
它是利用照相制版或光刻技术将厚约0.003~ 0.01mm的金属箔片制成所需图形的敏感栅,也 称为应变花。如图。
23
传感器与检测技术教程
优点: ① 可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅,其栅
长l可做到0.2mm,以适应不同的测量要求; ② 与被测件粘贴结面积大; ③ 散热条件好,允许电流大,提高了输出灵敏度; ④ 横向效应小。 ⑤ 蠕变和机械滞后小,疲劳寿命长
R K
R
K R
R
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传感器与检测技术教程
K 为金属应变片的灵敏系数。注意,K 是在试 件受一维应力作用,应变片的轴向与主应力方向一 致,且试件材料的泊松比为 0.285 的钢材时测得的。
2020年(情绪管理)传感器教案电阻应变式压力检测
![2020年(情绪管理)传感器教案电阻应变式压力检测](https://img.taocdn.com/s3/m/cafef04ffc4ffe473368abe3.png)
(情绪管理)传感器教案电阻应变式压力检测班级:09计控1、2班日期:2011年4月29日编号:10-2Δ复习上节课内容:(略)Δ概述力普遍存于于日常生活中。
于科学研究和工农业生产中,力更是起着重要的作用。
于生产过程中,压力检测和调节控制系统的应用非常广泛,例如锅炉蒸汽和水的压力监控;炼油厂减压蒸馏需要的低于大气的真空压力检测;于航空发动机试验研究中,为了研究发动机性能,必须测量过渡态的压力变化;电力系统中油路压力的测量和控制等。
对压力监控是保证工艺要求、生产设备和人身安全,实现经济运行所必须的。
检测力的传感器主要有电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、压阻式传感器、电感式传感器等,本项目主要介绍电阻应变式和压电式测力传感器。
电阻应变片及弹性敏感元件电阻应变片(也称应变计或应变片)是电阻应变式传感器的核心元件,它是壹种电阻传感器,主要由弹性敏感元件或试件、电阻应变片和测量转换电路组成。
它是把应变转换为电阻变化,再用相应的测量电路将电阻转换成电压输出的传感器。
利用电阻应变式传感器能够直接测量力,也能够间接测量位移、形变、加速度等参数。
常用的电阻应变片有电阻丝应变片和半导体应变片俩种。
壹、应变效应电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即导体或半导体材料于外界力的作用下产生机械形变时,其电阻值相应发生变化,这种现象称为“应变效应”。
由电工学可知,金属丝电阻R可用下式表示:式中──电阻率,Ω·M;L──电阻丝长度,M;A──电阻丝截面积,M2。
当沿金属丝的长度方向施加均匀力时,上式中Ρ、R、L均将发生变化,导致电阻值发生变化。
即得到以下结论:金属丝受外力作用而伸长时,长度增加,而截面积减少,电阻值会增大;当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小,而截面增加,电阻值会减小。
阻值变化通常较小。
实验证明,电阻应变片的电阻应变ΕR=∆R/R和电阻应变片的纵向应变ΕX的关系于很大范围内是线性的,即其中∆R/R──电阻应变片的电阻应变;K──电阻丝的灵敏度。
应变式传感器课程设计
![应变式传感器课程设计](https://img.taocdn.com/s3/m/51fc8b7bae45b307e87101f69e3143323968f5be.png)
应变式传感器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解应变式传感器的工作原理,掌握其基本结构与应用领域。
2. 学生能掌握应变式传感器的数学模型,并运用相关公式进行计算。
3. 学生能了解传感器在工程测量和自动控制中的重要性。
技能目标:1. 学生具备动手搭建简单应变式传感器电路的能力,并能进行数据采集与分析。
2. 学生能运用所学知识解决实际测量问题,设计简单的传感器应用方案。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对传感器技术研究的兴趣,增强探索精神和创新意识。
2. 学生认识到传感器在科技发展和国民经济建设中的重要作用,树立正确的价值观。
3. 学生在小组合作中培养团队协作精神,提高沟通与交流能力。
课程性质:本课程为高二年级物理选修课程,以实践操作和理论学习相结合的方式进行。
学生特点:学生具备一定的物理基础和动手能力,对新兴技术有一定的好奇心。
教学要求:注重理论与实践相结合,鼓励学生动手实践,培养学生的创新能力和实际应用能力。
教学过程中关注学生的个体差异,引导他们主动参与,激发学习兴趣。
通过分解课程目标为具体学习成果,为教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 应变式传感器的基本概念与工作原理- 介绍应变式传感器的定义、类型及工作原理。
- 分析应变片的结构、材料及应变效应。
2. 应变式传感器的数学模型与计算方法- 探讨应变式传感器的数学模型,包括应力、应变与电信号的关系。
- 介绍相关计算公式,如灵敏系数、测量范围等。
3. 应变式传感器的应用领域- 分析应变式传感器在工程测量、自动控制等领域的应用案例。
- 引导学生了解传感器在现代科技发展中的重要作用。
4. 应变式传感器电路设计与数据采集- 学习并搭建简单的应变式传感器电路,了解电路元件的作用。
- 学习使用数据采集器进行数据采集、处理与分析。
5. 实践操作与创新能力培养- 安排学生进行实际操作,如制作应变式传感器、搭建电路等。
- 引导学生运用所学知识解决实际问题,培养学生的创新能力。
电阻应变式称重传感器设计 (修订版)
![电阻应变式称重传感器设计 (修订版)](https://img.taocdn.com/s3/m/4c981807581b6bd97f19ea84.png)
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。
电阻应变式传感器课程设计
![电阻应变式传感器课程设计](https://img.taocdn.com/s3/m/9863d21f68eae009581b6bd97f1922791688be99.png)
电阻应变式传感器课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解电阻应变式传感器的工作原理,掌握其构成及功能;2. 掌握电阻应变片的基本特性,了解其应用范围;3. 学会分析电阻应变式传感器在实际应用中的电路连接方式和数据处理方法。
技能目标:1. 能够正确使用万用表、示波器等工具进行电阻应变式传感器的测量;2. 学会设计简单的电阻应变式传感器电路,并进行调试;3. 能够运用所学知识解决实际问题,提高创新能力。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对传感器技术研究的兴趣,激发学习热情;2. 增强学生的团队合作意识,培养沟通协调能力;3. 使学生认识到电阻应变式传感器在工程领域的应用价值,提高社会责任感。
本课程针对高年级学生在电子技术领域的基础知识,结合电阻应变式传感器的特点,旨在提高学生理论联系实际的能力。
课程注重培养学生的动手操作能力、创新思维和实际应用能力,为后续相关专业课程的学习打下坚实基础。
通过本课程的学习,使学生能够在实际工程问题中运用电阻应变式传感器,为我国工程技术领域的发展贡献自己的力量。
二、教学内容1. 电阻应变式传感器原理- 电阻应变效应- 电阻应变片的结构与工作原理- 电阻应变片的特性曲线2. 电阻应变式传感器的构成与分类- 基本构成元件- 不同类型的电阻应变式传感器- 各类传感器的应用场景3. 电阻应变式传感器电路设计- 电路连接方式- 信号调理电路- 数据采集与处理4. 电阻应变式传感器应用实例- 力、压力、位移测量- 在工程领域的应用案例- 创新性应用探讨5. 实验教学- 电阻应变式传感器测量实验- 电路设计与调试- 实验报告撰写与交流教学内容依据课程目标进行科学性和系统性设计,以教材相关章节为基础,结合实际教学需求进行调整。
教学进度安排合理,确保学生在掌握理论知识的同时,能够充分锻炼实际操作能力。
通过以上教学内容的实施,使学生全面了解电阻应变式传感器及其在实际工程中的应用。
三、教学方法本课程采用多样化的教学方法,结合课本内容,旨在激发学生的学习兴趣,提高教学效果。
电阻应变式传感器说明书
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电阻应变式传感器说明书电阻应变式传感器设计说明书⽬录⼀、设计题⽬要求与分析————————— 1⼆、扭矩测量及应变⽚的基本原理—————1三、总体⽅案的确定———————————7四、传感器的设计————————————71传感器类型的选择2传感器设计及结构图3静动态扭矩传感器设计计算原理4使⽤寿命与静校核⽅法五、测控电路的设计计算和相应的原理设计图——141测量电路的设计⽅法和要求2低功耗设计3换向电路4放⼤电路5转向电路6中央处理电路7受控电源电路8软件设计六、精度误差分析—————————————18七、参考⽂献——————————————20⼋、付autocad图__________________________ 23⼀、设计题⽬要求与分析1、设计测扭矩的传感器。
2、设计要求与分析1)动静扭矩都可以测量2)精度⾼,稳定性好,抗⼲扰性强3)不需要反复调零既可以连续测量正反转扭矩4)使⽤条件:转矩测量仪⼀般⽤在机器之间的传动轴上,所以振动⼤,灰尘、油雾、⽔污⽐较多,故要求传感器封装在⼀起,只留下两个轴端在外⾯;⼯作温度在-20~150C0。
⼆、扭矩测量及应变⽚的基本原理A、应变⽚的结构,材料和类型1.敏感栅1)丝式应变⽚, =0.012~0.05mm⾦属细丝绕成栅状,栅长l=0.2,0.5,1.0,100,200mm等。
2)箔式应变⽚,由厚度为0.003~0.01mm的⾦属箔⽚制成各种图形的敏感栅,亦称应变花,如图2-4所⽰。
其优点(1)制造技术能保证敏感栅尺⼨准确,线条均匀和适应各种不同测量要求的形状,其栅长可做到0.2mm;(2)敏感栅薄⽽宽,与被测试件粘贴⾯积⼤,黏结牢靠,传递试件应变性能好;(3)散热条件好,允许通过较⼤的⼯作电流,从⽽提⾼了输出灵敏度;(4)横向效应⼩;(5)蠕变和机械滞后⼩,疲劳寿命长。
3) ⾦属薄膜应变⽚,利⽤其空镀膜等⽅式在绝缘基底上制成各种形状的薄膜敏感栅,膜厚⼩于1 m。
《电阻应变片传感器》说课稿Word文档.
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《电阻应变片传感器》单元说课稿各位领导、老师:大家好, 我是号选手。
今天,我说课的内容是《传感器与检测技术》中《电阻应变片传感器》单元课程。
下面我将从课程设置等六大方面作要点 , 进行说课。
一、课程设置人们要想感知世界,必须用五官,那么“传感器”就是人们的五官延伸,称“电五官” 。
《传感器与检测技术》是利用各种功能材料,实现信息检测的一门综合性、实践性很强的技术学科。
俗话说:“处处留心皆学问” 。
只要我们留心观察,就能发现传感器的“影子” 。
1. 生活处处有; (自动旋转门、手机。
手机中,装备了各种各样的微型传感器,如横竖屏幕切换、翻转静音、赛车游戏采用的是重力传感器;微信摇一摇、甩动切歌等采用的是加速度传感器等,其中传感器安装得越多,智能也越多,价格就越高。
2. 生产时时见(灌装生产线。
动画展示中,既有计数、又有检测高度的传感器。
汽车衡——主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号转化为电学信号的仪器。
课程地位 :本门课程在专业课程设置中起到承上启下的作用,以前续课程《电子技术基础》、《电路分析》的学习为基础,为后续岗位核心领域课程《机电一体化控制系统装调》学习作准备。
遵循人才培养方案, 让学生能识别、会安装和调试各种传感器设备。
本单元课程《电阻应变片传感器》多应用于工程检测, 如桥梁、水坝、涵洞等结构的应力监测;也用于变形测试和振动检测等行业;在称重检测中也得到了广泛应用。
因为电阻应变片是结构简单, 价格便宜,使用方便 ,如果应用得当可以得到满意的精度,所以是最常见的传感器。
学好它,可以适应——机床设备操作员;机电产品安装调试及服务人员、产品质检员等多种生产岗位。
二、课程单元设计基于新课标要求和对教材的分析, 结合学生的实际, 我将本节课的教学目标设立三个维度:(不细说知识目标:(1理解电阻应变片结构、基本原理。
(2 掌握电阻应变片传感器的工作原理、应用电路的分析。
(实施:讲授、多媒体课件、动画及视频资料等能力目标:(1能用电阻应变片传感器去测量。
基于电阻应变片的压力传感器设计
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基于电阻应变片的压力传感器设计一、设计初衷: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。
除此之外,还要设计调零电路。
二、初始条件:采用电阻应变片设计测量力、压力、加速度、位移等物理量的传感器,设计时自行确定被测变量及测试范围,并根据测量的需要选择应变片的型号、数量、粘贴方式以及弹性元件的结构形式、相关测试电路等。
三、方案的选择此次传感器课程设计选用应变式拉压传感器。
设计中只要把应半片贴在承受负载的弹性元件上,通过测量弹性元件的应变大小即可求出对应的负载大小,而弹性元件的应变大小可以通过应变片电阻大小的变化量来求得。
故可以通过选择不同的弹性元件和测量电路来提出不同的方案。
四、方案的制定1、根据弹性体的结构形式的不同可分为:轮辐式,梁式,环式,柱式等。
在测量拉/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1.1所示。
(a 是实心,b 是空心)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ΔR/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。
一种电阻应变式力传感器的应用设计任务书
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课程设计任务书2011—2012学年第二学期专业:电子信息工程学号:姓名:课程设计名称:电子技术课程设计设计题目:一种电阻应变式力传感器的应用设计完成期限:自2012 年月日至2012 年月日共 2 周设计依据、要求及主要内容:一、课题意义本课题利用电子技术知识设计出一个高精度智能测力计。
高精度智能测力计可用于测拉力和压力。
它将作用于传感器的拉力和压力转换为电压值,经A/D转换后用单片机进行处理,其结果通过LCD显示。
通过本课题练习,学生对综合知识应用能力、设计能力将有较大提高,对今后从事电子产品的研制、生产、经营维修等打下基础。
二、课题实现方法本课题利用电子技术设计一个高精度智能测力计。
可以先查阅相关资料(网上查找或参考相关书籍手册),明确课题的方向和目的,然后学习完成课题所需的理论知识,了解数字转速表的工作原理;在理解的基础上确定设计电路方案,设计电路,画出原理图及PCB印制版图,最后提交课程设计说明书一份。
三、设计内容1.设计采用电阻应变式力传感器,将传感器上所受到的压力或拉力转换为与之成正比的电压值。
再将电压值输出送人A/D转换器进行数据的采样和处理。
通过I2C接口总线与单片机连接。
系统在对传感器信号采样、计算力的大小后送至LCD显示。
2.设计要求画出电路原理图(或仿真电路图);元器件及参数选择;电路仿真与调试;PCB文件生成与打印输出。
3.制作要求自行装配和调试,并能发现问题和解决问题。
4.编写设计报告,写出设计与制作的全过程,附上有关资料和图纸,有心得体会。
四、设计要求1、设计一个采用电阻应变式力传感器的转换器电路;2、模拟信号处理模块;3、设计A/D转换电路;4、设计一个校正系数存储器电路;5、设计一个CPU及I2C总线电路;6、设计一个LCD显示模块。
五、参考文献[1] 贾秀美.数字电路实践技术(第一版).中国科学技术出版社,2000.[2] 王毓银.脉冲与数字电路(第三版).高等教育出版社,1999.[3] 路勇.电子电路实践及仿真(第一版).清华大学出版社,2004.[4] 岳怡.数字电路与数字电子技术(第一版).西北工业大学出版社,2001.[5] 刘常澍.数字逻辑电路(第一版).国防工业出版社,2002.[6] 萧宝瑾.protel 99 SE操作指导与电路设计实例(第一版).太原理工大学,2004.[7]赵学良,张国华.电源电路[M].北京:电子工业出版社,1995.[8] 张义申,陆坤等.电子设计技术[M].西安: 西安电子科技大学出版.1996.[9]刘君华,智能传感器系统.西安:西安电子科技大学出版.2000.[10]纪树赓,自动显示技术与仪表.3板.北京:机械工业出版社,1996.[11]施汉谦等,电子秤技术[M] .北京:中国计量出版社,1991.[12]张文超等,几种可用于测控仪器的串行总线研究和应用选择原则[J].测控技术,2005,24(2).[13]单宝军等,ADS1100A/D转换器在称重仪表上的应用[J].吉林化工学院学报,2003,20(3).指导教师(签字):教研室主任(签字):批准日期:年月日出师表两汉:诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。
电阻应变式压力传感器课程设计说明书
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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。
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。
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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。
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ρ,长度为l,截面积为S,在未受力时的电阻值为R=ρSl----- ①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ρ也相应变化,将引起电阻变化△R,其值为RR∆=ll∆—SS∆+ρρ∆----②(质量)压力电阻应变片交流电桥5KHZ交流放大器移相器过零比较器相敏检波低通滤波数显表头对于半径r 为的电阻丝,截面面积S=2r π,则有s s ∆=r r ∆2。
令电阻丝的轴向应变为l l ∆=ε,径向应变为=∆r r -μεμ-=∆)(l l ,ε由材料力学可知,为电阻丝材料的泊松系数,经整理可得RR∆=(1+2ρρεμ∆+) ----③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K =ερρμε∆++=∆)21(RR ----④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寸受力引起)21(μ+;由材料电阻率变化引起的1)(_ερρ∆。
对于金属丝材料,1)(_ερρ∆项的值比)21(μ+小很多,可以忽略,故μ21+=K 。
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RR∆=K ε ----⑤ 2.3弹性元件的选择及设计本次课设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 。
同时本次课设选取弹性元件的形式为等截面梁,其示意图如图三所示图三 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:026F =Ebh l ε 式中: ε ——距自由端为0l 处的应变值;l ——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l =20mm, 0l =14mm,b=10mm,h=3mm现校核如下: 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,所以非常适合本次课设的应用。
选择4片箔式应变片(BX120-02AA )阻值为120Ω,其基底尺寸是2.4 2.4⨯(mm mm ⨯)。
同时敏感珊的材料选择铂 因为其灵敏系数达s K =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0l 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:因此是符合的。
且交流电桥的最大输出输入比为:3单元电路的设计-302-3-66F 61001410= = Mpa=93.3Mpa 1000Mpa bh 1010910l σ⨯⨯⨯⨯⨯⨯<<-30-4-429-3-66F 61001410= = =4.4101510Ebh 211101010910l ε⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯<(课设条件要求)-4s 2K 4.410 4.6o i U RmVV U Rε∆===⨯⨯≈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。
桥路图如图四所示。
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。
桥路接法如图四所示,R5和C2即是实现调零用的,取C2=1uF ,R5=1.8k Ω。
电桥输出为o i s i RU =U K =U R ε∆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:图四 交流电桥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。
电路图如图五所示。
7Vi U =≈图五 放大电路其放大增益为:为了将10mV 的电压放大到10V ,需要放大1000倍,为此选择分配级为5020⨯ 这里放大50倍,因此解得R4=1.008k Ω。
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 图六为0-90°的移相电路。
图六 移相电路U1AD620AR32671854R41.008kΩVCC 5V VEE -5VVEE65VCC49.4k G 1+R4=ΩoutU outU1电源电压out若设R12调节后的有效电阻为R ,则移相的推导为:因为ω的数量级为410,所以可以取C3=100uF,这样R (R12)可以设定在500Ω范围,即实现相角在0-90°移动。
上式中10k k=110k +100Ω≈ΩΩ,()H j 1ω≈。
所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。
电路图如图七所示。
图七 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。
电路图如图八所示。
()()222222111ioo i j RC U U j RC U kU U U U R C j RC H j U k R C tg RCωωωωωωφω+-+-=+==+==+=&&&&&&&&由out U2outU3U3ALM339AD763112VCC 5VVEE-5V VEE 0VCC图八 相敏检波电路从图示知道,用JFET 做开关器件,当out U3>0时,其导通,U4A 正极为0电位,信号从负极输入,放大倍数为R11-=-1R8,此时out U1>0;当out U3<0时,JFET 截止,信号从正极输入,放大倍数为1,此时out U1<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 。
电路图如图九所示。
图九 低通滤波电路1kΩout U1outoutU4out (接表头显示)1kΩ若取R10=1k Ω,则由1011=40HZ 2R C 可解得C1=4uF ,另外取R9=50Ω,则此环节实现的放大倍数是R10-=-20R9,则实现了放大倍数的另一级分配,也还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。
4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,本次课设中的误差还是比较好地得到了控制。
5心得体会通过这次课设,我进一步体会到了工具的重要性,这包括软件操作 工具书等方面。
因为我们不可能学富五车,因而就有必要翻阅文献资料,如设计用到的相关书籍,标准手册等等。
同时,具备较好的计算机水平也会给我们带来巨大的益处,比如数学公式的编辑,图形的绘制等等。