电阻应变式称重传感器的设计

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1、学号10780218电子系统综合设计设计说明书设计数显应变量测量仪学生姓名刘跃阳班级10电信科2班成绩指导教师（签字）计算机与信息工程学院2013年5月10曰题目：电阻应变式称重传感器的设计摘要称重传感器是电子衡器的核心部件，随着称重传感器技术不断发展和应川领域不断扩大，传感器越来越为人们所关注。本文通过对传感器工作原理、分类及应用等的分析，介绍了一种基于双孔梁称重的电阻应变式传感器。它可称量被试木材在某一时刻的重量，以计算该试材在该时刻的含水率。该方法的准确度和稳定性不受木材材性影响，且与木材含水率不均性无关。一、称重传感器1、简介称重传感器是知识密集、技术

2、密集和技巧密集型的髙技术产品。研制和生产所涉及的内容多、离散大，技术密集程度高，边缘学科色彩浓，是多种学科相互交叉、相互渗透的结晶。称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用称重传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。在称重传感器主要技术指标的基本概念和评价方法上，新旧国标有质的差异。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

3、断提高，称重传感器己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，到浞合分配多种原料的配料系统、生产工艺屮的自动检测和粉粒体进料呈控制等，都应用了称重传感器。目前，称重传感器儿乎运用到了所有的称重领域。2、种类称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类，以电阻应变式使用最广。二、电阻应变式称重传感器及其设计1、电阻应变式称重传感器简介及工作原理电阻应变传感器巾电阻应变片和测量线路两部分组成，其中电阻应变片感应被测量压力（包括扭矩、荷重、拉力），并

4、在外力作用下产生弹性形变导致电阻值发生改变，它是将力转换成电阻变化的检测元件；测S:线路将变化的电阻转换为电信号，实现被测压力的最终指示和信号远传。由于应变测量方法灵敏度高，测量范围广，频率响应快，既可用于静态测量，又可用于动态测量，尺汴小、重量轻，能在各种恶劣环境下可靠工作，所以被广泛地应用于各种力的测量仪器和科学实验中。电阻应变式传感器（straingaugetypetransducer）以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根掘具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产

5、生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。传感器屮的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用卜产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。工作原理如下：电阻应变式称重传感器通常将金属弹性体作为力转换为应变的元件。弹性体（弹性元件）在外力作川下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），经相应的测:W:电路把这一电阻变化转换为

6、电压信号，从而通过力、应变、电阻变化、电压信号变化这四个环节，完成将外力转变为电信号的过程。由此可见，弹性体、电阻应变片和测量电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。（1）电阻应变片是将一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。其重要参数是灵敏系数K，K的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,它和应变片的形状、尺寸及大小无关。当电阻丝受力变形后，电阻率也会有所改变，电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系如下所示：ALT一K了（式一）-^■=Ke（e上述

7、关系式又常写作：RL（2）弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先，它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区）使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变及电阻变化任务。（3）测馑电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转换为电压变化输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，可比较方便的解决称重传感器的温度、蠕变和零点偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。而惠斯登全桥式等臂电桥的灵敏度高，且各臂参数一致，各种干扰的影响易于控制，因此应变式称重传感器的应变片一般均采用惠斯登全桥式等臂电桥联

8、结方法，如下图所示。阁屮，输入阻抗是正