教具制作之应变式传感器测量模块设计

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。教具制作之应变式传感器测量模块设计　　摘要：电阻式传感器是生产、生活、以及日常教学中应用最为广泛的传感器之一，受教材中例题、习题的启发，利用现有的废旧传感器，将传感器信号检测电路制成示教板，并将该教具用于日常的教学实践过程中。　　关键词：教具制作；应变式；测量模块；设计　　我校目前有多个专业开设传感器系列课程，教具的研究及制作在我校应用前景广

2、阔，受益的学生众多。受教材中例题、习题的启发，笔者利用生活中的常用的传感器元件、新课程介绍的传感器种类，以贴近生活的方式，研究传感器教具，并制成示教板。示范教学，深化书本知识，强化工程应用。设计和制作直观具体、形象生动的教具，能很好地诠释教学的重、难点，从而实现从感性到理性，从具体到抽象，从简单到复杂的教学目标。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教

3、育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　在我们学校实验室中，针对开设课程所购置的实验设备有许多已经老化，致使学生在实验课程中无法获得较为准确的数据结果。本文在实验室现有传感器的基础上分析传感器的工作原理、基本结构、相关特性，探讨并设计了应变式传感器的信号检测电路，检测电路涵盖了电桥测量以及调零电路、仪器放大器、差放调零电路三大模块，在电路仿真的基础上设计印刷电路板，制作硬件电路最终通过调试。该教具的

4、制作，在利废、利旧、因陋就简、材料低廉的基础上，改变了传统的教学手段、工具较为单一的现象，有效地降低教学难度、加深实物印象、提高课堂效率、拓展学生思维，它将教师的教育观念和教学经验表达的更加地直观，它将书本上的知识升华为看得见、摸得着的东西。　　一、应变式传感器工作原理　　电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化

5、，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。　　所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。　　二、信号检测电路设计为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课

6、余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　应变式传感器以应变效应为基础的，其电阻随应变的变化非常微弱，为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。　　电桥电路按其工作方式分有单臂、

7、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍，性能最好。因此，为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或全桥工作。　　为了调节电桥的初始平衡状态，在电桥电路上加了调零用的滑线变阻器。　　由电桥电路输出的信号比较微弱，本文作者选用了仪器放大电路进行信号放大。电路中三个运放按比例运算电路的形式连接，可分为两级差分放大器电路。A1、A2按同向差分输入方式连接组成第一级，同向输入大幅度提高了输入电阻，减小了电路对微弱信号的衰减。A1、A2对称

8、结构互相抵消飘移和失调。差分输入只放大差模信号，对共模信号只起跟随作用，使得送到后级的共模抑制比得到提高；A3构成的第二级将差分输入转换成为单端输出。此电路比简单的差分放大电路具备更好的共模抑制能力。　　它的主要特点是高增益、高共模抑制比、高输入电阻、低线性误差和低失调飘移增益等。　　为了调节运算放大器的零点漂移，仪器放大器后面再增加一个调零放