电阻应变式拉力传感器及转换电路设计
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武汉理工电阻应变传感器及其应用电路课程设计一、概述1.1 课程背景电子信息工程是一个综合性的学科,涉及到诸多领域的知识。
在该学科中,电阻应变传感器及其应用电路是一个重要的课程内容,对于学生掌握基本传感器原理、应变测量技术以及信号处理等知识具有重要意义。
本文将对武汉理工大学的电阻应变传感器及其应用电路课程设计进行全面的介绍和分析。
1.2 课程目的本课程设计的主要目的是让学生在学习之余,能够实际动手进行电阻应变传感器及其应用电路的设计和实验,掌握其基本原理和操作方法。
通过课程学习,学生可以提高自己的动手能力和实际操作能力,为将来从事相关领域的工作做好准备。
二、课程大纲2.1 课程内容本课程主要包括电阻应变传感器的基本原理、结构、工作方式以及应用电路的设计和调试等内容。
学生将学习到电阻应变传感器的工作原理、参数测量方法、应变测量技术及应用电路的设计与调试等知识。
2.2 课程安排本课程总共安排为16周,每周2学时。
课程分为理论和实践两个部分,理论部分主要包括电阻应变传感器的基本原理和应用电路的设计原理;实践部分包括实验室操作和设计实践。
三、教学手段3.1 教学方法本课程采用理论讲解与实践相结合的教学方法,通过理论课的讲解和实验操作的实践,使学生能够深入了解电阻应变传感器及其应用电路的基本原理和使用方法。
3.2 实验设备为了保证学生的实践能力,需要有一套完整的实验设备,包括可逆应变系数测试仪、电阻应变传感器、数字示波器、信号发生器等设备。
四、课程评估4.1 考核方式本课程的考核方式分为两部分,包括理论考核和实践考核。
理论考核主要是通过闭卷考试的形式测试学生对电阻应变传感器的理论知识的掌握情况;实践考核主要是通过学生设计的应用电路的实际效果和性能来评估学生的实际操作能力。
4.2 评分标准评分标准主要包括理论知识掌握情况、实验报告的撰写和实践操作能力等方面,具体的评分标准将在课程开始前由老师向学生进行详细的讲解和说明。
前言传感器是感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号(通常为电信号)的器件或装置,传感器是发展仪器仪表、自动控制和广泛应用计算机的前提条件。
《传感器原理与应用》课程主要研究各类传感器的工作原理、简单结构以及实际的应用。
本课程设计时间为两周,课程设计旨在培养学生的综合应用能力,通过本实践环节,使学生加深对理论知识的理解,加深对传感器性能、检测电路的形式与配接、信号的分析与处理等内容的了解,使学生对测控系统的应用与设计有感性认识,为后续课程、毕业设计和工程实践服务。
本文设计了一个电阻应变式的称重传感器。
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理:弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)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),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成了将外力变换为电信号的过程。
电阻应变式传感器是目前应用最广泛的传感器之一,已广泛地应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医疗等领域中的力、压力、力矩以及位移、加速度等参数的测量。
目前,无论在数量上还是在应用领域上,与其他传感器相比都具有重要的地位。
其主要优点是结构简单,使用方便,灵敏度高,性能稳定,可靠,测量速度快,适合静态、动态测量。
尚延臣2009年6月23日目录第 1 章电阻应变式称重传感器的原理 (1)1.1 称重传感器的组成部分................................ 错误!未定义书签。
1.2 工作原理............................................ 错误!未定义书签。
第 2 章电阻应变片的设计................. 错误!未定义书签。
2.1 应变片的工作原理.................................... 错误!未定义书签。
2.2 应变片的结构选择.................................... 错误!未定义书签。
电阻应变式传感器测量电路实习报告院系:电子通信工程系班级:应电班组别:第组日期:2013年3月17日实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的:了解金属箔式应变片的应变效应,单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理:电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε式中ΔR/R为电阻丝电阻的相对变化,K为应变灵敏系数,ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化,金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,通过它转换被测部位的受力状态变化,电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
单臂电桥输出电压U=EKε/4。
三、需用器件与单元:应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。
四、实验步骤:1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。
传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模块上,可用万用表进行测量判别,R1= R2= R3= R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。
2、接入模块电源±15V(从主控箱引入),检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为将差放的正、负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连,调节实验模块上调零电位器Rw4,使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)。
关闭主控箱电源。
接线图如图所示:3、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模块左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好),接好电桥调零电位器Rw1,接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所示。
检查接线无误后,合上主控箱电源开关。
调节Rw1,使数显表显示为零。
电阻应变式拉力传感器及转换电路设计1.电阻应变式拉力传感器的基本原理电阻应变式拉力传感器的基本原理是应变导致电阻值的变化。
当传感器受到拉力作用时,传感器的弹性元件会发生形变,导致电阻片的长度、宽度和厚度发生变化,进而引起电阻值的改变。
这种应变的大小与拉力呈正比,因此可以通过测量电阻值的变化来测量拉力的大小。
2.传感器转换电路的设计2.1热敏电阻桥式电路热敏电阻是传感器中常用的检测元件之一,其电阻值随温度的变化而变化。
可以通过设计桥式电路来实现对传感器输出电阻的测量。
桥式电路具有较高的灵敏度和稳定性。
2.2运算放大器非反接电桥式电路运算放大器非反接电桥式电路是常用的电阻应变式传感器的信号调理电路之一、该电路通过运算放大器的非反接输入,实现电桥的输入电阻的高增益放大。
2.3压敏电阻电桥式电路压敏电阻是传感器中常用的检测元件之一,其电阻值随压力的变化而变化。
可以通过设计压敏电阻电桥式电路来实现对传感器输出电阻的测量。
这种电路可以将压力转化为电压信号输出。
3.传感器的特性及优缺点(1)精度高:能够精确测量较小的力;(2)稳定性好:传感器具有较好的温度稳定性和线性性;(3)耐用性强:传感器使用材料坚固,能够经受较大的载荷;(4)可重复性好:传感器的测量结果能够重复。
然而,电阻应变式拉力传感器也存在一些缺点:(1)灵敏度受限:传感器的灵敏度受结构和材料的限制,无法测量极小的力;(2)需要复杂的电路:为了获得准确可靠的测量结果,传感器通常需要配备复杂的信号调理电路。
总结:电阻应变式拉力传感器是一种常用的测量力的传感器,其原理是通过应变导致电阻值的变化来测量力的大小。
转换电路可以根据传感器的特点选择不同的设计方案,如热敏电阻桥式电路、运算放大器非反接电桥式电路和压敏电阻电桥式电路等。
电阻应变式拉力传感器具有精度高、稳定性好、耐用性强和可重复性好等特点,但也存在灵敏度受限和需要复杂的电路等缺点。
电阻应变式传感器实验报告
实验目的:
1. 了解电阻应变式传感器的工作原理
2. 掌握使用电阻应变式传感器进行力的测量的方法
3. 学习利用电阻应变式传感器测量应变和转换为电信号的过程
实验器材:
1. 电阻应变式传感器
2. 力传感器
3. 电源
4. 模数转换器
5. 电压计
实验步骤:
1. 搭建实验电路,将电源与电阻应变式传感器、模数转换器和电压计连接起来。
2. 将电阻应变式传感器安装在测量目标上,如测量弹簧的伸缩变化。
3. 通过调整电源的电压,使电阻应变式传感器的输出电压适合模数转换器的输入范围。
4. 通过读取电压计上的电压数值,记录下电阻应变式传感器输出的电压。
5. 通过改变测量目标的力大小,观察电阻应变式传感器输出电压的变化。
实验结果:
1. 根据实验数据计算出电阻应变式传感器的灵敏度。
2. 绘制出电阻应变式传感器输出电压与力大小的关系曲线。
3. 根据曲线上的数据点,计算出力与电阻应变式传感器输出电压之间的线性关系。
实验分析:
1. 分析电阻应变式传感器的工作原理,解释实验结果。
2. 探讨电阻应变式传感器的优缺点,以及其在实际应用中的使用场景。
结论:
通过实验,我们成功地使用电阻应变式传感器进行了力的测量,并了解了电阻应变式传感器的工作原理和应用。
我们还计算了电阻应变式传感器的灵敏度,并绘制了力和电压之间的关系曲线。
实验结果表明,电阻应变式传感器在测量力方面具有较高的精度和稳定性,适用于各种应用领域。
成绩评定:传感器技术课程设计题目应变式测力仪院系电子工程学院专业姓名年级电指导教师蔡苗苗2014年 11 月摘要电阻应变式传感器具有灵敏度和精度高,性能稳定、可靠、尺寸小,重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快等优点,且能在恶劣的环境下工作,在力、压力和重力要测试中有非常广泛的应用。
所以电阻应变式力传感器制作的电子称具有准确度高,易于制作,简单实用、成本低廉、体积小巧、携带方便等特点。
对于电阻应变片式测力传感器(以下简称“测力传感器”)来说,弹性体的结构外形与相关尺寸对测力传感器性能的影响极大。
可以说,测力传感器的性能主要取决于其弹性体的外形及相关尺寸。
假如测力传感器的弹性体设计不公道,无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好,测力传感器都难以达到较高的测力性能。
因此,在测力传感器的设计过程中,对弹性体进行公道的设计至关重要。
关键词:电阻应变片测力传感器精度灵敏度目录一、设计目的------------------------- 4二、设计任务与要求--------------------- 42.1设计任务------------------------- 42.2设计要求------------------------- 4三、设计步骤及原理分析 ----------------- 53.1设计方法------------------------- 5 3.2设计步骤------------------------- 63.3设计原理分析---------------------- 7四、课程设计小结与体会 ----------------- 9五、参考文献-------------------------- 9一、设计目的1、掌握传感器选择的一般设计方法;2、了解有关传感器的基础知识;3、加深对电子电路知识方面知识的理解;4、能够熟悉传感器的检测以及应用电路;5、培养综合应用所学知识来指导实践的能力;二、设计任务与要求2.1设计任务1、总体结构设计2、精度设计3、传感器设计4、设计转换电路和调理电路;进行仿真实验。
课程设计课程名称传感器设计与实践题目名称应变式拉/压力传感器及转换电路设计学生学院信息工程学院专业班级09计算机测控(1)班学号____________________学生姓名__________指导教师____________________2012年6月i广东工业大学课程设计任务书“传感器设计与实践”之四应变式拉/压力传感器及转换电路设计信息工程学院测控技术与仪器(计测0901班)一、课程设计的内容通过设计型实验,掌握传感器设计的一般过程与步骤。
具体内容包括:了解应变式拉 /压 力测量的一般方法;制定利用传感器测量拉/压力的方案;利用工程力学和传感器知识进行必 要的理论分析与计算;利用 CAD 软件进行拉/压力传感器的结构设计与零件设计;设计传感 器转换电路,并进行电路调试或仿真。
二、 课程设计的要求与数据1、 本实践环节,采用以教学辅导、学生自主设计、自主实验的教学形式。
2、 传感器技术参数:3 5测力范围:5X 10〜1.2 X 10 N ; 测量精度:土 1 %3、 要求设计说明书字数不少于 5000字。
三、 课程设计应完成的工作1、 了解拉/压力测量的一般方法,制定利用传感器测量拉/压力的方案;2、 进行必要的理论分析与计算,确定传感器基本尺寸;3、 拉/压力测量用传感器结构设计;绘制传感器装配图和部分零件图;4、 传感器转换电路的设计和仿真调试;题目名称 学生学院 专业班级 姓 名学 号5、编制设计说明书四、课程设计进程安排五、应收集的资料及主要参考文献1李科杰•新编传感器技术手册(M).国防工业出版社,2002年2、强锡富•传感器(第3版)(M).机械工业出版社,2001年3、丁镇生•传感器及传感技术应用(M).电子工业出版社,1999年4、黄继昌•传感器工作原理及应用实例(M).人民邮电出版社,1998年5、陈尔绍•传感器实用装置制作集锦(M).人民邮电出版社,2000年6、黄贤武•传感器实际应用电路设计(M).电子科技大学出版社,1997年发出任务书日期:2012年6月4日指导教师签名:陈益民、黎勉、查晓春计划完成日期:2012年6月15日基层教学单位责任人签章:主管院长签章:摘要:应变式拉/压力传感器广泛应用于自动控制和质量控制,称重系统,闭环控制,纺织机械,检测机械的闭环控制,质量控制,自动化机械,起重机,运输工具,钻井工具,印刷机,金属,橡胶,纸等机械上。
课程设计-电阻应变式称重传感器设计
电阻应变式称重传感器设计
摘要:在分析重力传感器信号特性的基础上,模块化地设计了称重传感器信号的调理电路并对其进行了仿真实验。
结果表明:电路能实时、准确地处理信号,且工作稳定,可靠,重复性好,抗干扰能力强,可实现精密测量的目的。
关键词:称重;Lab view;电阻应变式传感器;放大电路。
一、引言
随着现代数据采集系统的不断发展,对高精度信号调理技术的要求也越来越高。
由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题,
因此它的信号通常不能被控制元件直接接收,这样一来,信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分,并且其电路设计的优化程度直接关系
到数据采集系统的精度和稳定性。
在称重传感器信号检测中,检测精度受到诸多因素的影响,其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素之一。
电桥输出与激励电压成正比,因此,激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。
并且现场工作环境恶劣,可能存在粉尘、振动、噪声以及电磁干扰等,称重传感器输出的几百微伏至几十毫伏信号极易受到干扰。
所以研究抗干扰能力强、实时性好的信号变送和传输技术对保证检测精度具有重要意义。
二工作原理
1、原理框图
2、称重传感器(MS-1)
MS—1型钢制“S”称重传感器,承受拉、压外力均可,输出对称性好,结构紧凑、安装方便、规格齐全。
可用于制造机电结合称、吊钩秤、料斗秤及各种专用称、工艺称等。
外形尺寸
量程:50kg;
尺寸:A=51mm;B=13mm;C=64mm;螺纹(公制mm):M8×1.25;
技术指标:
标定数据:。
图1 电子秤平剖图1 台面壳体2均压框架3电阻应变片4弹性体5补偿电阻6可调支撑脚7底座如图1所示,底座通过贴有电阻应变片的双孔型等强度弹性体梁与均压框架相接,均压框架用螺钉与壳体相联。
弹性体是应变式力传感器将力转换为应变量的关键部件。
研究结果表明,双孔梁弹性体按刚架计算比按平行梁计算精确,而且桥路输出和载荷之间的线形好、灵敏度高。
非线性和灵敏度与竖梁的长度和刚度无关。
由于采用陶材料设计制作弹性梁,其灵敏度结构系数不仅取决于弹性体结构形式和应变区的选择,而且和陶瓷材料的微结构、质量及机械强度等因素密切相关。
为此,进行了双孔梁的应力分析、抗冲击载荷分析、额定载荷计量等,并用计算机进行了有限元分析。
经模拟验证分析,选用图1a所示的双孔梁结构形式。
该梁的应力分布均匀对称,其应力最大点在弹性梁的最薄偏离两端处。
根据图1a所示的结构形式:ε=M/W.E (1)式中:ε为应变量;M为弯矩;W为抗弯模数;E为弹性模量。
对于这类应变式弹性体上的全等臂电桥,其输出电压V0和桥压Vi有如下关系:V 0=GF.ε.Vi(2)式中:GF为应变电阻的应变系数。
将式(1)代入式(2),可得:V 0=GF.M.Vi/W.E (3)对于矩形截面,W=1/6b.h2式中:b为弹性体承载面宽度;h为弹性体承载梁厚度。
由A—A剖面分析,负荷F必须由一对剪力F/2与之平衡。
若取一应变电阻进行分析,F/2对应变电阻中心点的弯距为M:M=F(L/2-X)/2 (4)以式(4)代入式(3),可得:V 0=3F(L/2-X)GF.Vi/b.h2.E (5)由式(5)可见,双孔梁的桥路输出和载荷F之间具有良好的线形,而且灵敏度高。
)(434211R R R R R R E +-+=))((43214231R R R R R R R R E ++-•电阻应变式传感器的测量电路电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应,将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。