欢迎来到天天文库
浏览记录
ID:29950363
大小:248.45 KB
页数:12页
时间:2018-12-25
《测量振动传感器设计说明书》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、课程设计报告学生姓名:xxx学号:学院:机械工程学院班级:机械xxx班题目:测量振动传感器指导教师:xxx职称:高级工程师2016年1月11日12目录一、设计任务分析3二、方案设计32.1原理简述32.2应变片检测原理32.3弹性元件的选择及设计52.4应变片的选择及设计5三、单元电路的设计63.1电桥电路的设计63.2放大电路的设计73.3移相器的设计83.4过零比较器的设计93.5相敏检波电路的设计93.6低通滤波器的设计10四、误差分析10五、心得体会11六、参考文献1112一、设计任务分
2、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;二、方案设计2.1原理简述电阻应变式传感器为本设计的主要部件,传感器中的弹性元件感受物体的重力并将其转化为应变
3、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。数显表头过零比较器相敏检波移相器放大器5KHZ交流交流电桥电阻应变片(质量)压力低通滤波
4、2.2应变片检测原理12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,长度为,截面积为S,在未受力时的电阻值为R=-----①图一金属丝伸长后几何尺寸变化如图一所示,电阻丝在拉力F作用下,长度增加,截面S减少,电阻率也相应变化,将引起电阻变化△R,其值为=—+----②对于半径r为的电阻丝,截面面积S=,
5、则有=。令电阻丝的轴向应变为,径向应变为-,由材料力学可知,为电阻丝材料的泊松系数,经整理可得=(1+2----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=----④从④可以明显看出,电阻丝灵敏系数由两部分组成:受力后由材料的几何尺受力引起;由材料电阻率变化引起的。对于金属丝材料,项的值比小很多,可以忽略,故。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12=----⑤2.3弹性元件的选择及设计本次设计
6、对气压的检测是通过对压力的检测实现的,所以弹性元件承受气压也即压力,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。同时本次设计选取弹性元件的形式为等截面梁,其示意图如图二所示图二等截面梁作用力F与某一位置处的应变关系可按下式计算:式中:——距自由端为处的应变值;——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=20mm,=
7、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12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,所以非常适合本次设计的应用。选择4片箔式应变片(BX120-02AA)阻值为120Ω,其基底尺寸是()。同时敏感珊的材料选择铂因为其灵敏系数达,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处,R1和R4粘贴在梁的上方承受正应
8、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:三、单元电路的设计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。桥路图如图三所示。其次,考虑到连线导线分布电容的影响及
此文档下载收益归作者所有