【正文】 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。 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 電橋示意圖設(shè)初值,工作時(shí)各個(gè)橋臂變化為,則可得： （12）差動(dòng)工作時(shí)，,則輸出為: （13）在本次設(shè)計(jì)中，K=2，Ui=5V,W=500HZ,=。 所以當(dāng)加載最大荷載1t時(shí)，輸出電壓Uo=2*5*=。 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)定為阻值設(shè)定為：。 因此有：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。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。則其對應(yīng)的電阻值為R1=R2=R3=R4=R5=R6/2=： 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，=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:從而實(shí)現(xiàn)了相敏檢波。 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，必須濾掉，方能得到被檢測應(yīng)變信號的正確波形。一般用電容，電感組成二型低通濾波器。對濾波器的特性要求，要考慮到和前級相敏檢波電路的匹配，又要考慮和后級記錄器的匹配。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。則其增益為：；截止頻率 19 圖9 電路總圖 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)向載荷的能力；安裝力遠(yuǎn)離應(yīng)變區(qū)，測量時(shí)應(yīng)避免載荷支承點(diǎn)的位移。盡管稱重傳感器屬于裝配制造產(chǎn)品，但為了保證具有最佳技術(shù)性能和長期穩(wěn)定性，盡可能將它設(shè)計(jì)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。（2）機(jī)械加工與熱處理工藝彈性元件在機(jī)械加工過程中，由于表面變形的不均勻產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，切削用量越大，殘余應(yīng)力就越大，磨削加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力最大。因此應(yīng)制訂合理的加工工藝和規(guī)定適當(dāng)?shù)那邢饔昧?。彈性元件在熱處理過程中，由于冷卻溫度不均勻和金屬材料相變等原因，在芯部和表層產(chǎn)生方向不同的殘余應(yīng)力，其芯部為拉應(yīng)力，表層為壓應(yīng)力。必須通過回火處理工藝，在其內(nèi)部產(chǎn)生方向相反的應(yīng)力，與殘余應(yīng)力相互抵消，減少殘余應(yīng)力的影響。（3）電阻應(yīng)變計(jì)與應(yīng)變粘結(jié)劑電阻應(yīng)變計(jì)應(yīng)具有最佳性能，要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定性好，熱輸出小，機(jī)械滯后和蠕變小，應(yīng)變量為1500106時(shí)疲勞壽命可達(dá)108，電阻值偏差小，批次質(zhì)量均一性好等。應(yīng)變粘結(jié)劑應(yīng)具有粘結(jié)強(qiáng)度大，抗剪強(qiáng)度高；彈性模量較大且穩(wěn)定；電絕緣性能好；具有與彈性元件相同或相近的熱膨脹系數(shù)；蠕變和滯后?。还袒瘯r(shí)膠層體積收縮小等。粘貼電阻應(yīng)變計(jì)時(shí)一定要嚴(yán)格控制膠層厚度，因?yàn)檎辰Y(jié)強(qiáng)度隨膠層厚度的增加而降低。這是由于薄的膠層需要更大的應(yīng)力才能變形，不易產(chǎn)生流動(dòng)和蠕變，界面上的內(nèi)應(yīng)力很小，產(chǎn)生氣泡和缺陷的幾率也比較小，應(yīng)變傳遞性能好，只要防護(hù)密封合理就可達(dá)到較高的穩(wěn)定性水平。（4）制造工藝流程應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理和總體結(jié)構(gòu)決定了，在生產(chǎn)工藝流程中有些工序必須手工操作，人為的因素對稱重傳感器的質(zhì)量影響較大。因此必須制訂科學(xué)合理并可重復(fù)的制造工藝流程，并在其中增加電子計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化或半自動(dòng)化工序，盡量減少人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。（5）電路補(bǔ)償與調(diào)整應(yīng)變式稱重傳感器屬于裝配制造，貼片組橋后就形成了產(chǎn)品，由于內(nèi)部不可避免的產(chǎn)生一些缺陷和外界環(huán)境條件的影響，稱重傳感器的某些性能指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此必須進(jìn)行各項(xiàng)電路補(bǔ)償與調(diào)整，提高稱重傳感器本身的穩(wěn)定性和對外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性。完善而精細(xì)的電路補(bǔ)償工藝，是提高稱重傳感器穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。（7）防護(hù)與密封防護(hù)與密封是稱重傳感器制造工藝流程中的要害工序，是稱重傳感器耐受客觀環(huán)境和感應(yīng)環(huán)境影響而能穩(wěn)定可靠工作的根本保障。如果防護(hù)密封不良，粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變計(jì)及應(yīng)變粘結(jié)劑膠層，都會(huì)吸收空氣中的水分而產(chǎn)生增塑，造成粘結(jié)強(qiáng)度和剛度下降，引起零點(diǎn)漂移和輸出無規(guī)律