电阻应变片的压力传感器设计.docxVIP

湖南科技大学 传感器课程设计 题 目 作 者 学 院 机电工程学院 专 业 测控技术与仪器 学 号 指导教师 杨书仪凌启辉 二o—七年六月十H 摘要 应变式传感器应用广泛，很多地方都得以应用，而本次课程设计的重点是设计一个 应变片柱式传感器用來称重。研究的重点是传感器的基本原理，其中包括基本的理论分 析、弹性元件的选材、弹性元件的尺寸设计、应变的选材、应变校验等。 课程设计的内容包括：掌握和了解相关传感器的基本测量方法和研究动态、制定传 感器测量方案、进行必要的理论计算分析、用CAD对传感器结构及零件进行设计、对转 换电路进行计算和设计等。 关键词：圆柱式、应变片、称重、形变 目录 TOC \o 1-5 \h \z HYPERLINK \l bookmark6 \o Current Document 一、 工作原理及特点 1 HYPERLINK \l bookmark8 \o Current Document 1、 工作原理 1 HYPERLINK \l bookmark12 \o Current Document 2、 测量特点 1 HYPERLINK \l bookmark14 \o Current Document 二、 柱式传感器结构设计 2 HYPERLINK \l bookmark16 \o Current Document 1、 弹性元件材料的选定及要求 2 HYPERLINK \l bookmark18 \o Current Document 2、 弹性元件材料的处理 3 HYPERLINK \l bookmark20 \o Current Document 3、 几种应变片的比较及选定 3 HYPERLINK \l bookmark22 \o Current Document 4、 应变片材料的选定及耍求 4 HYPERLINK \l bookmark24 \o Current Document 三、 相关理论分析 6 HYPERLINK \l bookmark26 \o Current Document 1、 弹性敏感元件的特性参数计算 6 HYPERLINK \l bookmark28 \o Current Document 2、 应变片参数的计算 7 HYPERLINK \l bookmark32 \o Current Document 3、 弹性元件变形与应变片电阻值关系 7 HYPERLINK \l bookmark40 \o Current Document 四、 电路的设计 9 HYPERLINK \l bookmark42 \o Current Document 参考文献 10 一、工作原理及特点 一、工作原理 基本测量原理是将被测的菲电量转换成电阻值的变化。也就是利用金属的电 阻应变效应（金属丝在受外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化）将测 量物体变形转换城电阻值的变化，再由转换电路变成点亮的输岀。 引起的电阻阻值变化AR，伸长量A1,电阻率变化量AP,横截而积相应 减少量AS；则有: (1-1) 式中的A 1/1为电阻式的轴向应变，用￡表示，径向应变为，电阻丝 的纵向伸长和横向收缩关系用泊松比U表示为△ r/r=- H （ A L/L） 等晋1 + 2“）+号十 （1-2） 式（1-2）中，k°称为金属电阻的灵敏系数，k°受两个因素影响：一个是（1+2 卩），它由材料的儿何尺寸决定；另一个是A p/（p ￡）,它表示材料的电阻率P 随应变而变化。对金属材料而言，前者为主，其k（）~l+2u。实验表明，在金属 电阻丝拉仲比例极限内，电阻相对变化与横向应变成止比。通常金属丝的灵敏系 数k0=2左右。 二、测量特点 以电阻应变片和敏感元件组成。将电阻应变片粘贴在弹性敏感元件上，当弹 性敏感元件在测量吋其表面会岀现变形，导致其表面附着的电阻应变片的阻值随 之变化，与之相应的测量转换电路将这一非电量的变化转化为电量输出。该类型 传感器具有以下特点： 精度高，测量范围广，适合静态和动态测量； 使用寿命长，性能可靠稳定； 结构简单，尺寸小。 二、柱式传感器结构设计 柱式传感器的弹性元件分为实心和空心。应变片粘贴在弹性体外壁应力均匀 的中间部分，并均匀对称地粘贴多片。因为弹性元件的高度对传感器的精度和动 态特性有影响。根据材料力学分析和试验研究的结果，对实心圆柱，一般H2 2D+1,而空心圆柱一般取H^D-d+1,式中H为圆柱体高度，D为圆柱外径，d 为空心圆柱内径，丄为应变片基长。 柱式传感器结构简单，可以测量大的拉压力，最大可达107No在测10??10N 时，为了提高变换灵敏度和抗横向干扰，一般采用空心圆柱式结构。 一、弹性元件材料的选定及要求 弹性形变的