毕业设计：雀巢咖啡式传感器设计报告.doc

雀巢咖啡式传感器设计报告 学院：土木工程学院 专业：工程力学专业 班级：07级1班 姓名：杨 会 伟 学号： 070120112 组号：2组 组长：杨会伟 指导老师：赵亚军 时间：5.31—6.5 成员：李江山 吴迎春 白俊杰 杨彦广 周涛 王成龙 王海峰 李志成 周强 设计题目：简易压力传感器 一、设计目的： 熟悉简易传感器的设计原理与制作步骤； 熟悉选片、贴片、接桥等过程； 培养创新设计能力； 培养动手操作能力; 培养团队协作能力。 二、所需材料及设备： 1.弹性元件：雀巢咖啡罐（铁制），外径D=52.760mm，内径d=52.160mm，厚t=0.600mm，高H=103.980mm，泊松比。 2.贴片时所用的材料：502胶水、螺丝刀、镊子、焊锡、焊锡膏、万能表、电烙铁、氟塑料薄膜、砂布丙酮、药棉等。 3.其他：应变片八个、导线若干、电阻应变仪、预调平衡箱、接线端子等。 三、设计原理： 1.构型图: 考虑到圆筒金属材料容易找，且受力合理，弹性元件采用空心柱式，贴八个应变计，贴在圆筒中部四等分圆周上，其中有四个轴向片和四个横向片，贴片位置如图一所示，接入串联全桥电路，如图二所示。 2.电桥原理：各桥臂应变为： 则读数应变应为： 即桥臂系数为-2(1+). 可见此种接线方法可以消除偏压产生的影响。 3.灵敏度：荷载: 灵敏度为: K= 四、设计流程： 1. 选择构造形式，确定贴片数量、位置及接桥线路： 采用空心柱式弹性元件，共贴八个应变计。选取应变片粘贴位置时，要把应变片中的片粘贴在最大正应变处，另片放在负的最大应变处，这样可获得最大的灵敏度圆柱体轴向就是最大正应变处，圆柱体的环向即为最大负应变处 已知A=49.440mm2，分析曲线忽略开始不稳定阶段可得：E=110GP，灵敏度为：K=，量程为4.1—60.7Pa即0.20—3.40KN 3.传感器制作过程： a.贴片 先检查外观是否合格；用万用表检查是否短路和断路；测出电阻值并记录。将试件贴片位置用砂纸打磨除锈，再用砂布打出 45 o 交叉纹，用棉球蘸丙酮将贴片处擦洗干净。 测点定位：在贴片处画出纵向、横向中心线。如图 1 - 1 所示。 图1-1 测点定位示意图 贴片：用左手捏住应变片引线，在贴片处涂上一层 502 胶水，迅速将应变片准确地放在粘贴部位，将一小片塑料薄膜盖在应变片上，用右手挤压出多余的胶水，然后按压 1 ～ 2 分钟。轻轻揭开塑料薄膜，检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象。 用万用表检查有无短路和断路现象。 焊接引出线：在应变片引出线端部用 502 胶水贴上接线端子，然后用电烙铁将应变片引出线和导线焊接在端子上，并编号记录。 固化处理：待胶水固化后（如气温较低可用红外线灯烘烤数分钟），用万用表或兆欧表检查应变片与试件间的绝缘电阻，以大于 200M Ω 为合格。 用万用表测应变片贴后阻值并记录。 防潮层制作：在应变片表面涂一层融化了的石蜡合剂，厚约 1 ～ 2 mm 。1. 注意应变片粘贴方向与测试方向要一致。 2. 粘贴前应分清应变片正反面。 3. 接线端子应尽可能靠近应变片以防止应变片引出线接触试件而短路。 4.系数标定：连接好电桥，接上电阻应变仪，加载进行测试，记录数据并观察规律。 荷载F（N） 应变增量 应变增量 应变增量 200 —— —— —— 300 56 52 54 400 57 48 52 500 42 45 38 600 44 62 44 700 34 64 40 800 45 50 39 平均应变 46 53.5 44.5 灵敏度： 与预计灵敏度相符。 5.数据处理：所求荷载可由应变读数直接获得，即： 五、提高灵敏度的措施： 1、减小弹性元件的横截面积 2、选择弹性模量较小的材料作为弹性元件 3、选择泊松比较大的材料作为弹性元件 4、选择合适的电桥使其桥臂系数增大 六、误差分析 贴片过程中由于贴片方位预想的存在偏差，引起方位误差；在材料的各个方向性质由于制作或加工时的影响使其存在偏差，使各方向应变与理论值不符产生误差；在实际测量中，被测力不可能正好沿着圆柱体的轴线作用，而总是与轴线之间有微小的角度或偏心，使得弹性体除了受纵向力作用以外，还受到横向力和弯矩的作用，带来非线性误差。选取应变片粘贴位置时，把应变片中的片粘贴在最大正应变处轴向，另片放在负的最大应变处，这样可获得最大的灵敏度在实际测量中，被测力不可能正好沿着圆柱体的轴线作用，而总是与轴线之间有微小的角度或偏心，使得弹性体除了受纵向力作用以外，还受到横向力和弯矩的作用，带来非线性误差全桥提高电桥的灵敏度，消除电桥的非线性误差，还可消除温度等弹性圆柱体的高度对传感器的精度和动态特性都有影响，当高度与外径的比值大于1时，