课程设计-基于电阻应变片的s型称重传感器设计

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1、武汉理工大学《传感器原理及应用A》课程设计说明书基于电阻应变片的S型称重传感器设计1.绪论1.1设计的任务及要求1.正确选取电阻应变片的型号、数量、粘贴方式并连接成电桥；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，并根据测试极限范围进行强度校核；3.完成传感器的外观与装配设计；4.完成应变电桥输出信号的后续电路的设计和相关电路参数计算，绘制电路原理图（4号图纸）；5.按学校课程设计说明书撰写规范提交一份课程设计说明书（6000字左右）；按机械制图标准绘制弹性元件图（4号图纸）,机械装配图各一张（≥3号图纸）；1.2设计的目的意义及发展趋势随着社会的发展，人们

2、对传感器的测量精度，测量范围以及对环境的适应程度都提出立新的要求。本设计为双梁S型称重传感器，具有精度高、双向承载、便于安装等特点。在配料秤、机电结合秤、吊钩秤、包装秤、材料力学实验机等设备力值的测量及控制上有着十分广泛的应用。2.电阻应变片式传感器的工作原理及特点电阻应变片式传感器是把非电物理量转化为电阻变化的一种传感器。它将具有电阻应变小英的金属丝接入电路，利用金属丝的电阻随着其所受的机械变形而发生相应的变化特性来改变电路的输出电压或电流，并经过相应的测量电路进行转化，从而实现力的测量。电阻应变片式传感器主要有以下特点：（1）测量灵敏度和精度高，测量范围大；（2）使用寿命长，性

3、能稳定可靠，适应性强；（3）结构简单，尺寸小，质量轻；（4）易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离测量和遥测；3双梁S型传感器设计方案3.1电阻应变片的选择3.1.1电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理是金属的电阻应变效应，即金属丝的电阻随它所受机械变形而发生相应的变化的现象。设金属丝在自由状态下的电阻为（1）其中R为电阻，为电阻率，为金属丝长度，S为金属丝截面积。19武汉理工大学《传感器原理及应用A》课程设计说明书当金属丝因受拉尔伸长时，其电阻发生变化，对式一进行全微分可以得到：（2）则电阻的相对变化为：（3）式中，为金属丝长度的相对变化，根据材料力学，它等于金属丝轴向

4、应变；为截面积的相对变化，因为，所以，称为金属丝径向应变，（为材料的泊松系数）；为电阻率的相对变化。则由以上参数的定义，式3可以等效为（4）所以灵敏度系数为（5）并且实验证明，在金属丝的弹性变形范围内，与轴向应变成正比，所以为常数。即就是:(6)式6表明，金属丝的轴向应变与其电阻相对变化成正比，金属丝收到拉力将产生应变，电阻值现行减小。3.1.2应变片种类的选择电阻应变片分为很多类，一般常见的有金属丝是应变片，金属箔式应变片以及金属薄膜式应变片。本次设计中我采用金属箔式应变片，主要有以下原因：1.金属箔式应变片能保证线栅尺寸的准确，线条均匀，在生产时，电阻值离散成都小；2.敏感栅薄

5、而宽，粘贴性能好，传递试件应变性能好；3.散热性能好，允许通过较大的工作电流，从而提高了输出灵敏度；4.敏感栅弯头横向效应可以忽略；5.蠕变、机械滞后较小，抗疲劳寿命长；3.1.3应变片材料的选择19武汉理工大学《传感器原理及应用A》课程设计说明书3.1.3.1敏感栅材料的选择对于敏感栅材料，为保证与有良好而且宽广的线性关系，要求材料灵敏度系数Ks和电阻率要尽可能大而稳定；为了减小温度误差的影响，要求材料的电阻温度系数小，且电阻—温度间的线性关系和重复性要好；并且在弹性元件的选择中我选择国内目前应用最多的30CrMnSiA,其线性膨胀系数为，为了在应变片中实现温度自补偿，则应变片敏

6、感栅必须尽量满足：（7）综合以上因素，对比常见的几种敏感栅材料可知选择康铜作为敏感栅材料最为合适。3.1.3.2基底材料的选择基底是电阻应变片制造和应用的重要组成部分，承担着固定保持敏感栅的形状、传递被测应变的任务，因此对基地材料的要求机械强度及挠性好、粘贴性能好、电绝缘抗湿性好，物质后和蠕变。常用的有纸基和胶基两大类，本次设计中我选用胶基中的环氧作为基底材料。其具有可耐高温、抗湿性能好测量使用时间长等优点3.1.3.3粘接剂的选择粘接剂是连接构件表面和应变片的重要物质，粘接剂和应变片的粘接技术对于测量结果有着直接的影响，要求粘接剂材料有一定的粘接强度，能准确传递应变；对弹性元件和

7、应变片不产生化学腐蚀作用；蠕变、机械之后误差小；且有较宽的使用温度范围和良好的耐疲劳、抗老化性能。综合以上要求，本次设计中我选用环氧树脂酸粘接剂，其温度适用范围为-60—+80度，满足本次要求的-30—+60度，同时他还有较好的抗湿、抗老化能力，且成本较低。是理想的粘接剂。3.1.4应变片电阻值的选择对于传感器用的应变片，一般阻值都选用。3.1.5应变片灵敏度系数的选择对于一般的应变片来说灵敏度系数越大，其输出就越大。但是大部分应变片的K值为2，在本次实际中我也选择K