最新应变片加速度传感器

应变片加速度传感器

应变片式加速度传感器(acceleration transducer)

汽车高速运行保驾系统中的应用

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❖1设计名称： (2)

❖2摘要 (3)

❖3应用背景与目的： (3)

❖4设计原理： (3)

❖5设计任务及技术指标： (4)

❖6悬臂梁结构设计： (4)

❖7应变电桥的选择及设计计算 (5)

❖8电桥电路的选择设计与分析 (8)

❖1设计名称：

应变片式加速度传感器

❖2摘要

本设计通过应变片感应加速度的变化，并把应变片接到直流电桥中，通过电阻的变化引起直流电桥电压的变化，再将电桥输出的电压通过逻辑电路放大输出，然后将输出的电压信号送到控制中心，从而达到对加速度进行实时监控的目的。

❖3应用背景与目的：

将应变片式加速度传感器，应用到汽车的高速运行保驾系统当中，对汽车在高速运行时的加速度进行实时监测，如有意外状况出现，汽车将自动启动保驾系统防止汽车侧翻等功能。

❖4设计原理：

机械振动带动传感器的质量块振动，于是他们有共同的加速度 a。然后根据公式 F=ma，把加速度的变化转为力的变化。力作用在悬臂梁上使梁横向拉长或压缩，从而带动应变片电阻进行变化。应变片受拉，电阻增大，应变片受压，电阻减小。再通过电桥把位移的变化转为电压的变化，通过电压表测出相应被放大的电压信号，当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，力的变化则会与被测加速度成正比（加速度单位为m/s2，但在振动测量中往往用标准重力加速度g作单位，1g= 9.80665m/s2。）从而就可以得到相应的加速度。

❖5设计任务及技术指标：

⑴测量范围：20g；⑵精度：1%；⑶频响：0.1~100HZ；

⑷重量：不大于 150g；⑸电桥电压：5V。

❖6悬臂梁结构设计：

（1）采用等强度悬臂梁结构，其图如下

1——惯性质量块 2——应变量 3——硅油阻尼液 4——应变片 5——温度补偿电阻6——绝缘套管 7——接线柱 8——电缆 9——压线柱 10——壳体 11——限位块（2）材料选择及尺寸确定：

a.壳体及质量块选用碳钢，质量块取 M＝50ｇ

b.弹性元件（悬臂梁）选用铍青铜

主要参数：选取Qbe2.0作为梁的材料。（E=5000Mpa，P=8.26g/cm,)取

d=10mm

c.许用应力（悬臂梁）最大拉应力应取:

F=ma=50*20*10*10-3=10N(设g=10N/KG)

(3)设计计算：

a、在最大加速度时，即 a=20g 时，有悬臂梁最大的拉。压力为10N。

强度计算及校核 A = πd^2/4 得:A=7.85×10-6

σ =N/A≤ [σ ] 是否成立?

如果成立，则强度足够；如果不成立，则强度不够。

[σ] =σu /n 其中：n---安全系数。取 n=1.4经计算可知满足要求

b、质量块相对于基座的位移可按下列原则确定:

⑴当 a≤20g 时。其中 a 为被测加速度。

设计步骤：⑴根据胡克定律及变形得（∆L AB ）= NL/（EA AB）

⑵取原长 L=20mm,则△L=（10×20×10-3）/（5000×7.85）=5.096×10-5M

且温度的变化引起长度，直径的变化可以忽略。

❖7应变电桥的选择及设计计算

应变片的选择：选用小型硅应变片

额定电阻：120欧

A：分析及各尺寸确定

R =（ρL）/S （2-1）

其中：L-金属导线长度 S-金属导线横截面积ρ-电导率（不同材料电阻率不同）

当金属导线两端受拉力 F 伸长变形。设其伸长ΔL，横截面积则缩小，它的截面圆半径减少Δr。金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，这种现象称为电阻应变效应。

将变形后电导率记作Δρ，对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，其电阻值改变了多少。有，

∆R = (∆ρL)/s+ (∆Lρ)/s -(∆SρL)/S^2 （2-2）

用式（2-1）去除式（2-2）得到

∆R/R= ∆L/L- ∆S/S + ∆ρ/ρ

（2-3）

另外，我们知道导线的横截面积 S = πr^2,则∆S = 2πr*∆r ，所以，

∆S/S= (2∆r)/r （2-4）

从材料力学我们知道：∆r/r= - µ∆L/L (2-5）

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2-4）（2-5）代入（2-3）。

∆R/R= ∆ρ/ρ+∆L/L+2µ∆L/L=(1+2µ(∆ρ/ρ)/(∆L/L))*∆L/L = K*∆L/L（2-6）

其中： K = 1+2µ+(∆ρ/ρ)/(∆L/ L) （2-7）

在材料力学中ΔL/L 称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显

得太大，常常把它的百万分之一作为单位，记作με。

这样，式（２-６）常写作：∆R/R = Kε (2-8)

式（2-8）说明了电阻应变片的电阻变化率和电阻丝伸长率之间的关系。K 为灵敏度系数，阻值变化通常较小。

电阻应变片及其结构：

电阻应变片直径取为 0.05mm 高电阻率的金属电阻丝绕成栅状，

绕成栅状是为了获得高的阻值，将其粘贴在绝缘的基体上，电阻丝的

两端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层，如图 1，敏感栅

电阻值 120Ω。

基底：为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将

它固结在纸质或胶质的基底上。应变计工作时，基底起着把弹性体应