压电式力传感器的课程设计

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1、课程设计   课程名称压电式力传感器的设计分校名称马鞍山电视（网络）大学年级名称09秋机械(本科)专业名称机械制造及其自动化学生姓名指导教师 2011年10月30日设计任务书一、题目：压电式力传感器的设计二、设计要求：1.小型低频的单向力传感器2.最大测力为400千克3.压电材料采用石英晶体三、设计成果要求：1.设计说明书一份2.设计参数合理，设计步骤完整。结果标准，论述充分，思路清楚，有条理，给出相应的参考文献。设计摘要此次压电式力传感器设计说明书是按照长春理工大学材料科学与工程学院2010年教学计划的要求设计编写的，其中主要阐述了压电式力传感器的具

2、体设计过程。设计过程主要包括设计格式、设计要求及设计过程中有关压电式力传感器的设计，还有在整个设计过程中的有关计算、与传感器相连的测试电路。本压电式传感器采用压缩型单项里传感器结构，利用纵向压电效应进行工作，在设计中压电材料采用石英晶体。由于安装中需施加预紧力，以保证该传感器的线性度良好，故留出一定的过载量，本设计中重点考虑了各部分的面积、刚度等参数，未讨论预紧力的选用范围，可能还存在一些其他因素，如安装误差等可以影响设计传感器的性能，属于正常范围内，使用中可忽略。目录引言..............................1第一章传感器的结构

3、设计...........2第二章传感器的参数计算...........3第三章测量电路...................6总结..............................7参考文献...........................8引言压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，在工业中有着不可少的作用。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为

4、测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。传感器原理与应用作为一门课程，我们在认真学好理论课程的同时，还要与实际结合起来，只有这样才能对压电式传感器的使用有更好的理解。通过对传感器的设计来加深对理论课程的理解，这是学院要求我们进行课程设计的目的。做到理论联系实际，从而学会正确分析传感器使用过程中出现的问题，不断总结经验，进而用来来指导实践，这样我们才能将学好的知识得到很好的应用。也为我们日后再该领域的进一步研究打下坚实的基础。第一章传感器的结构设计传感器的结构如下图图一1、顶盖2、敏感元件3、导电片4、基座5、外壁6、预紧螺钉该传感器由顶

5、盖、敏感元件、导电片、基座、外壁、预紧螺钉和输出插座组成。通过预紧螺钉加预紧力，将顶盖、基座和外壁焊接为一体，输出插座可与同轴低噪声电缆连接。第二章传感器的参数计算1、压电晶体（石英）的几何尺寸石英片在机械强度上必须满足公式式中：S为石英晶片的受力面积F为传感器待测力的最大力为石英晶体的许用应力，为17.5本设计中传感器的额定负载为400，由于包括预紧力，并留出一定的过载量，取最大负载量为700，因而S40。设计中取晶片的长为10，宽为6，受力面积60。2、石英片的晶片电容值这里取每片石英片的厚度为1.2，石英的=4.5，每片石英片的电容=1.99为了

6、提高传感器的灵敏度，取两片石英片并联方式，所以总的电容大小为3.98。3、传感器刚度参数计算设在外力F的作用下，传感器的变形为，式中：为敏感部分的组合刚度为辅助部分组合刚度图二在晶片数一定时，决定了传感器的精度，因此，在结构设计中应确保尽可能大。根据公式式中：E:弹性模量S:受力面积L:受力方向厚度石英片的弹性模量为80，受力面积为60，厚度为2.4，它的刚度=2.00导电片（银片）的弹性模量为71，受力面积为60，厚度为0.1，它的刚度=4.26顶盖（铝合金）的弹性模量70，受力面积为80，厚度为1.0，它的刚度为=5.60基座（钛合金）的弹性模量为

7、120.2，受力面积为70，厚度21，它的刚度=4.01预紧螺钉（钢质）的弹性模量为20.5，受力面积35，厚度为12，它的刚度=5.98根据公式式中：E:弹性模量h:厚度a:直径：材料的泊松系数顶盖的直径为12.1，=0.33，所以顶盖的弹性部分刚度=5.37外壁的受力面积为7，弹性模量21，受力方向厚度为39，它的刚度=3.77敏感部分组合刚度相当于顶盖，导电片，石英片，基座串联的刚度，即=3.13辅助部分刚度为顶盖弹性部分的抗弯刚度与基座外壁的刚度串联，再与预紧螺钉刚度并联：=6.03传感器的总刚度为与的并联=3.734、传感器的灵敏度式中:n为

8、晶体片的数目=2.31=3.885、传感器的谐振频率式中：m为传感器的顶盖质量=（2.7801