【正文】 73 34 ???? ?????? ? ?? 在本次設(shè)計(jì)中取 mmh 6? ，因此有 : mmEbhLF)106(1030 10)()2a(611233342m a x ????????????????????? 彈性元件的強(qiáng)度校核 由于 WFL?? , 62bhW? （ 11） 所以有： ? ? 9233 342 ????? ?????? ?? ?bhFL? 根據(jù)第一強(qiáng)度理論： ? ? 991 ?????? ??? r 則該材料可以滿足強(qiáng)度要求，故彈性元件總的示意圖如下： 武漢理工大學(xué)《傳感器原理及應(yīng)用 A》課程設(shè)計(jì)說明書 6 圖 2 彈性元件圖圖 S 型稱重傳感器電阻應(yīng)變片的布置與安裝 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖如下： 圖 3 應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖 上圖中， L 為應(yīng)變片的基長， D 為基寬。 L*D 為應(yīng)變片 的面積。根據(jù)本次選擇，其規(guī)格為 * ）（ , ?350 應(yīng)變片的安裝與布置 應(yīng)變片在彈性元件上的安裝如下圖： 武漢理工大學(xué)《傳感器原理及應(yīng)用 A》課程設(shè)計(jì)說明書 7 圖 4 應(yīng)變片布置示意圖 在圓孔應(yīng)變最大的的 45 度和 135 度方向上各安裝兩個(gè)應(yīng)變片，實(shí)現(xiàn)測量。 測量電路的設(shè)計(jì)計(jì)算 電橋電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 由于電阻應(yīng)變敏感元件的溫度特性不完全相同，彈性元件各處的材料性能也有差異，當(dāng)溫度變化時(shí)，電橋就會(huì)有輸出，造成測量誤差，主要有兩主要因素造成的： （ 1）溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變 （ 2）試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，式應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變。它有兩種現(xiàn)象，一種是不受載荷時(shí)，溫度變化，電橋就有輸出，成為“零漂”；另一種是在有負(fù)載時(shí)，電橋的輸出靈敏度隨溫度變化而變化，稱為“動(dòng)漂”。因此，在橋路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將這些因素考慮在內(nèi)。于是我設(shè)計(jì)了四臂差動(dòng)電橋，其示意圖如下： 圖 5 電橋示意圖 武漢理工大學(xué)《傳感器原理及應(yīng)用 A》課程設(shè)計(jì)說明書 8 設(shè)初值 ????? 3504321 RRRR , 工 作 時(shí) 各 個(gè) 橋 臂 變 化 為1R? , 2R? , 3R? , 4R? ,則可得： ?????? ????????????????RRRRRRRRRRRRRRRRUU I432140 （ 12） 差動(dòng)工作時(shí)， 4321 RRRR ????????? , 則輸出為 : ?II KUURRU ???0 （ 13） 在本次設(shè)計(jì)中， K=2， Ui=5V,W=500HZ, max? =。 所以當(dāng)加載最大荷載 1t 時(shí)，輸出電壓 Uo=2*5*=。 放大電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 由于 設(shè)計(jì)要求 此傳感器的輸出阻抗為 350? ,不是很高，這就需要一個(gè)輸入阻抗同樣的放大電路與之匹配，并且此放大電路的輸出阻抗應(yīng)該較小。 因此我選用三運(yùn)放高共模抑制比電路。設(shè)計(jì)其電路圖如下： 圖 6 高共模抑制比電路 在上圖中，為了抑制公模電壓，并達(dá)到差模電壓放大的目的將各電阻阻值設(shè)定武漢理工大學(xué)《傳感器原理及應(yīng)用 A》課程設(shè)計(jì)說明書 9 為阻值設(shè)定為： ??? KRR 1 0 021 。 ??? 4 7 043 RR 。 ??? KRR 8065 。 ?? KR 40 因此有： vvUiUiR RRRU )410021(47..0 80)12)(0 121(350 3 ?????????? 相敏檢波電路 經(jīng)過放大以后的波形仍為調(diào)幅波，必須用檢波器將它還原為被檢測應(yīng)變信號(hào)的波形。而一般的檢波器只有單向的電壓輸出，不能區(qū)別拉壓應(yīng)變信號(hào)。因此，我采用能克服上述缺點(diǎn)的 相敏檢波器，它可以有雙向信號(hào)輸出，能反映出應(yīng)變的拉或者壓。 其放大增益設(shè)為 1，所以只是起到檢波作用，無放大效果。則其對(duì)應(yīng)的電阻值為 R1=R2=R3=R4=R5=R6/2=1 ?k .電路圖如下： 圖 7 相敏檢波電路 如上圖：當(dāng) VCC1=1 時(shí)， Q2 導(dǎo)通， Q1 截止，同相輸入端接地， Us 從反相輸入端輸入，放大倍數(shù)為 132 6 ???? RR R .當(dāng) VCC2=1， VCC1=0 時(shí)， Q2 截止， Q1 導(dǎo)通 ， 反 相 輸入 端 通過 R3 接 地， Us 從 同 相 輸 入 端輸 入 ，放 大 倍 數(shù) 為13313 63541 5 ?????? R RRRRR R :從而實(shí)現(xiàn)了相敏檢波。 低通濾波電路 由相敏檢波電路輸出的被檢測應(yīng)變波形中仍殘留有載波信號(hào)，必須濾掉，方能武漢理工大學(xué)《傳感器原理及應(yīng)用 A》課程設(shè)計(jì)說明書 10 得到被檢測應(yīng)變信號(hào)的正確波形。一般用電容，電感組成二型低通濾波器。 對(duì)濾波器的特性要求，要考慮到和前級(jí)相敏檢波電路的匹配，又要考慮和后級(jí)記錄器的匹配。由于它要濾去高頻波中頻率最高分量， 即是載波頻率 ? ，而一般被測應(yīng)變信號(hào)頻率比 ? 小很多，故濾波電路的截止頻率只要在（ ~） ? ，就可滿足頻率特性要求。所以在這里我選用無線增益多路反饋型低通濾波電路。其示意圖如下： 圖 8 低通濾波電路 其放大增益 而載波信號(hào)頻率定為 500HZ 則此濾波器的截止頻率為150~200HZ，我選擇設(shè)計(jì)截止頻率為 200HZ 的低通濾波電路，其參數(shù)如下：R1=R3=10K? , R2=? ,C1=C2=1 F? 。則其增益為： 123p ???? RRK ；截 止頻率 HZCCRRW 500)10(12132126340 ?????? ? 電路總圖的設(shè)計(jì) 武漢理工大學(xué)《傳感器原理及應(yīng)用 A》課程設(shè)計(jì)說明書 11 圖 9 電路總圖 武漢理工大學(xué)《傳感器原理及應(yīng)用 A》課程設(shè)計(jì)說明書 12 4 誤差源分析以及處理 稱重傳感器在無外載荷作用時(shí)的輸出稱為零點(diǎn)輸出零點(diǎn)輸出受環(huán)境溫度的影響隨環(huán)境溫度的變化而變化，這稱之為零點(diǎn)溫度漂移引起稱重傳感器零點(diǎn)溫度漂移的因素，產(chǎn)生此溫度漂移的原因： （ 1）彈性元件電阻應(yīng)變計(jì)應(yīng)變粘結(jié)劑的單線膨脹系數(shù)不同 彈性元件 的縱向和橫向膨脹率不同電阻應(yīng)變計(jì)基底和應(yīng)變粘結(jié)劑底膜的厚度不同在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱脹冷縮使電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵仁 , 長或縮短引起電阻值變化 （ 2）電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)不為零各電阻應(yīng)變計(jì)之間又有一定的 分散度而且敏感柵材料的電阻率也隨環(huán)境溫度而變化這都會(huì)引起電阻的改 變 （ 3）由于各電阻應(yīng)變計(jì)的引出線及連接導(dǎo)線的長度不同溫度變化可引起電橋?qū)Ь€ 的電阻變化 （ 4）不同材料如康銅鎳等焊點(diǎn)之間存在著較小的熱電勢也可以引起電阻變化 （ 5）彈性元件與外殼的溫度系數(shù)不同彈性元件曲率的影響大氣 壓 波動(dòng)等影響。雖然比上述各項(xiàng)影 響小但也會(huì)使電阻值稍有變化。 對(duì)于這些誤差，在橋路設(shè)計(jì)以及后續(xù)電路設(shè)計(jì)中已經(jīng)采取相應(yīng)措施。 另外， 影響稱重傳感器穩(wěn)定性的因素主要有： （ 1）稱重傳感器的結(jié)構(gòu) 稱重傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設(shè)計(jì)，都必須保證受載后在結(jié)構(gòu)上不產(chǎn)生性能波動(dòng)，或性能波動(dòng)很小。為此在稱重傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量作到應(yīng)變區(qū)受力單一，應(yīng)力均勻一致；貼片部位最好為平面；在結(jié)構(gòu)上保證具有一定的抗偏心載荷和側(cè)向載荷的