称重传感器静态标定系统设计的设计

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1、.南京航空航天大学综合课设报告题目：称重传感器设计及性能测试学院：自动化学院专业：测试计量技术及仪器组员：031230325李鸿影031230326杨宇科2015年7月4日..检测技术综合课设一、设计内容1、设计一个电阻应变式载荷传感器及传感器特性自动测试校准系统。应用力学、传感器技术等相关知识设计一个载荷传感器，要求使用AUTOCAD绘制传感器机械图。责任设计人：李鸿影。2、贴片工艺，力学分析推导应变和载荷的关系。责任设计人：李鸿影。3、设计传感器调理电路，要求电路在满足一定测试精度的前提下，尽

2、可能简单，但可以设计两个以上的电路。要求输出电压范围为-3V~3V。责任设计人：杨宇科。4、编写虚拟仪器程序，完成校准和对传感器静态特性曲线的显示，计算传感器的线性度（用最小二乘线性度、或端基线性度表示）、灵敏度（包括放大器，V/kg)、重复误差、迟滞误差等静态指标。责任设计人：杨宇科。二、传感器结构设计与材料选择（1）传感器结构的机械制图图2.1实际实验原理图（式2.1）..图2.2AntoCAD绘制机械原理图（2）弹性体的材料选择因为弹性体在称重传感器中主要用来承载重物的载荷，形成变形，以便粘

3、贴在弹性体上的应变片感受到变形，从而得到重物质量，实现称重传感器的设计功能。所以，一般对弹性体有如下具体的要求：1.强度高：具有较强的抗压(或抗拉)强度,以便在高载荷下有足够的安全性能。2.温度系数小且稳定3.弹性滞后、弹性后效小4.良好的机械加工和热处理性能5.耐腐蚀性能好常用的弹性体材料有：铬钢，合金钢，铬锰弹簧钢，铍青铜，铝合金本次设计的传感器弹性体采用硬铝合金进行制作，以下对硬铝合金的性能指标进行简单概述：硬铝合金主要指铝—铜系的铝合金材料，这类合金的抗拉强度高，具有较好的塑性，具有较高的

4、疲劳性能和断裂韧度，耐热性和加工性能良好，但耐蚀能力较低，需要进行防腐保护。以2A11硬铝合金为例：其热学性能如下：线膨胀系数：-50~20℃21.8μm∙(m∙Κ)-120~100℃22.9μm∙(m∙Κ)-1质量热容：924100℃J∙(kg∙Κ)-1热导率：T4:11825℃W∙(m∙Κ)-1其电学性能如下：20℃电阻率：T4:54nΩ∙m..其室温力学性能：弹性模量E：71GPa切变模量G：27GPa屈服强度σ0.2：250MPa抗拉强度σb：410MPa伸长率δ10：15%泊松比μ:0.

5、31抗剪强度στ:270MPa疲劳强度σ-1:125MPa（3）总结与体会在设计机械图时，由于没有具体的数据，只能靠直尺测量，因此会有些许微小的误差，不过可以大体看出来测试机械原理，一开始设计时选择面会有一些问题，不过在我弄懂AutoCAD的三维分布就很好解决了，最后用“差集”方法打洞完成。三视图和实体三维图均反映在一张图上。三、贴片工艺与力学特性分析（1）贴片工艺分析由电路理论和传感器原理可知，采用单臂测量时输出为：ui=uk4ε1（式3.1）采用差动半桥测量时输出为：ui=uk4ε1-ε2（式

6、3.2）采用差动全桥测量时输出为：ui=uk4ε1-ε2-ε3+ε4（式3.3）又ε1=-ε2=-ε3=ε4（式3.4）可知采用差动全桥时灵敏度最高，为差动半桥测量的2倍，单臂测量的4倍。综上所述：应该使用4片应变片粘贴在悬臂梁上构成差动全桥测量电路。具体粘贴工艺与步骤如下：1.准备工作：对弹性体的表面进行处理，保证干净整洁光滑平整；2.粘贴应变片；3.连线组成测量电桥，务必使对臂电阻变化相反，已构成差动电路，消除温度等的影响；4.复查；5.固化；..（2）等截面悬臂梁的力学特性分析根据称重传感器

7、的量程要求为0——500g，属于小量程测量。由（二）可知，采用悬臂梁结构（如图3.1所示）进行设计。以下就等截面悬臂梁进行力学特性分析：图3.1由材料力学可知：应变片粘贴处的应变为：ε0=σE=6Pl0bh2E(式3.5）则测得的重力为：P=bh2E24l0ε0(式3.6）由（式3.5）、（式3.6）可知，应变片所测应变ε0与力P作用的位置l0有关，换言之，系统所测得的力F的大小随力P作用位置l0的变化而变化。同时，所测力P的大小还会受到因载荷不正中而引起的偏心带来的扭矩的影响。（3）带角钢形状刚

8、体的等截面悬臂梁的力学特性分析为了解决（2）中的传感器的输出随载荷的位置而改变及载荷不正中带来的影响，在（2）中等截面悬臂梁的自由端加上如图所示的角钢形状的刚体。以下就带角钢形状刚体的等截面悬臂梁（如图3.2所示）进行力学特性分析:由材料力学可知，作用于角钢形状刚体上的力P与弯矩之差∆M成正比，即:P∝ΔM=M1-M2（式3.7）可得梁上所贴4个应变片所感受到的应变值分别为：ε1=PL2+MEW（式3.8）ε2=PL1+MEW（式3.9）ε3=-PL2+MEW（式3.10）ε4=-