电阻应变式称重传感器设计说明Word下载.docx
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1.1
称重传感器的组成部分................................................
3
1.2
工作原理............................................................
第2
章
电阻应变片的设计.................................
4
2.1
应变片的工作原理....................................................
5
2.2
应变片的结构选择....................................................
2.2.1
电阻丝应变片...................................................
2.2.2
箔式应变片.....................................................
6
2.2.3
半导体应变片...................................................
2.3
应变片的材料选择....................................................
7
2.3.1
电阻敏感栅材料选择............................................
2.3.2
基底、引出线材料选择...........................................
8
2.4
应变片的参数........................................................
9
2.4.1
应变片基长.....................................................
2.4.2
应变片的电阻值.................................................
2.4.3
应变片的绝缘电阻、允许电流、应变极限...........................
第3
章传感器弹性元件的设计..............................
11
3.1
弹性元件的选择.....................................................
3.2
双孔梁受力分析.....................................................
3.3
弹性元件材料选择...................................................
14
3.4
双孔梁的尺寸选择...................................................
15
第4
章变换检测电路设计.................................
16
4.1
桥路的设计.........................................................
17
4.2
放大电路的设计.....................................................
18
4.3
检波、滤波电路的设计...............................................
4.4
其他电路的设计与选择...............................................
19
第5
章传感器的工艺设计.................................
20
5.1
应变片的粘贴工艺....................................................
5.2
传感器的封装........................................................
21
5.3
传感器装配.........................................................
第6
章误差源分析以及处理................................
第7
章小结
.........................................
23
参
考
文
献·
·
21
电阻应变式称重传感器设计
第1章电阻应变式称重传感器的原理
电阻应变式称重传感器用于静态、动态条件下测力或称重,在我国工业生产过程检
测与控制、自动计量等领域已大量应用。
它是电子衡器的核心部件。
它的质量好坏是影响
电子衡器计量准确度的主要因素。
在实际使用中,由于受到原材料及制造工艺、安装方
法、使用条件及外部环境的影响,很容易发生故障,影响电子衡器计量数据的准确及稳定的运行。
因此,了解称重传感器的基本原理及故障原因,熟练掌握故障的分析判断技术,是快速准确地处理电子衡器的故障,保证其准确、稳定运行的关键。
1.1称重传感器的组成部分
称重传感器主要由电阻应变片、弹性体、检测电路三部分组成。
应变片是一种传感元
件,它的作用是将变形转变成电阻变化;
弹性体是一个有特殊形状的结构件,它的主要作用是将力转换为形变;
检测电路的主要部件是惠斯登电桥,它可以比较方便地解决称重传
感器的补偿问题,其功能是把电阻应变片的电阻变化转变为相应的电信号输出。
1.2工作原理
称重传感器的基本电路如图1所示
可以推出:
U0(R2R4R1R3)Ui/(R1R2)(R3R4)
式中R1、R2、R3、R4为应变片电阻;
Ui为传
感器的输入信号;
U0为传感器的输出信号。
当R2R4R1R3时,我们称之为电桥平衡,这时
图1基本电路图
称重传感器的输出电压U0=0mV。
物料重量通过电子衡器的秤体或料斗作用于称重传感器,称重传感器的弹性体在外力作
用下产生弹性变形,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)。
再经相应的检测电路,把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)输出,从而完成将外力变换为电信号的过程。
设R1=R2=R3=R4=R
当受到重力作用后,传感器的应变片电阻发生变化,假设各桥臂阻值变化相同,变量为
R,即:
R1、R3分别减小R,R2、R4分别增大R时
可以推出传感器的输出电压为:
U0RUi/R
第2章电阻应变片的设计
2.1应变片的工作原理
电阻应变敏感元件的转换原理是基于导线的电阻-应变效应。
由金属导体的电阻定律
知,对于长度为L、截面积为A、电阻率为的金属丝,其电阻
RL/A
结合材料的泊松比定律,经数学变换得金属丝电阻应变特性
dR/R(12)xd/
则金属丝灵敏系数
dR/Rd/
Ks(12)
xx
故有
R/RKsx
另外由于应变片存在横向效应,因而对于应变片
R/RKx
其中KpKs
2.2应变片的结构选择
应变片的结构形式很多,但其主要组成部分基本相同。
其中较为典型的是丝式、箔
式和半导体式。
2.2.1电阻丝应变片
此丝式结构应变片的结构图如图2所示
图2电阻丝应变片
1—基底2—敏感栅3—覆盖层4—引线
此丝式结构应变片的优点:
制作简单、性能稳定、价格便宜、易于粘贴。
缺点:
回线式应
变片横向效应大,而短接式应变片焊点多,在冲击、振动条件下,易在焊接处出现疲劳破
坏,对制造工艺的要求高。
2.2.2箔式应变片
此箔式应变片的结构图如图3所示
图3箔式应变片结构图箔式应变片结构优点:
(1)制造技术能保证敏感栅尺寸准确、线条均匀,可以制作成任意形状以适应不同的测量要求;
(2)粘合面积大;
(3)敏感栅薄而宽,粘结情况好,传递试件应变性能好;
(4)散热性能好,允许通过较大的工作电流,从而增大输出信号;
(5)敏感栅弯头横向效应可以忽略;
(6)蠕变、机械滞后较小,疲劳寿命高。
工艺制作有些复杂。
2.2.3半导体应变片
此半导体应变片结构如图4所示
图4半导体应变片结构图
1—基底2—半导体敏感条3—外引线4—引线连接片5—内引线
此结构式传感器优点:
灵敏系数大,动态特性好
重复性及温度、时间稳定性较差,应变时非线性严重,互换性差。
总结以上典型结构的优缺点比较,选择箔式应变片较好,所以我决定选择箔式应变片
作为敏感元件,并且选择如图5所示结构的箔式应变片
图5箔式应变片结构图
2.3应变片的材料选择
电阻应变计主要由电阻敏感珊、基底和面胶(或覆盖层
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