【正文】 片布置示意圖在圓孔應變最大的的45度和135度方向上各安裝兩個應變片，實現(xiàn)測量。 電橋電路的設計與計算由于電阻應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，當溫度變化時，電橋就會有輸出，造成測量誤差，主要有兩主要因素造成的：（1）溫度變化引起應變片敏感柵電阻變化而產生附加應變（2）試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，式應變片產生附加應變。它有兩種現(xiàn)象，一種是不受載荷時，溫度變化，電橋就有輸出，成為“零漂”；另一種是在有負載時，電橋的輸出靈敏度隨溫度變化而變化，稱為“動漂”。因此，在橋路設計時應將這些因素考慮在內。于是我設計了四臂差動電橋，其示意圖如下： 圖5 電橋示意圖設初值,工作時各個橋臂變化為,則可得： （12）差動工作時，,則輸出為: （13）在本次設計中，K=2，Ui=5V,W=500HZ,=。 所以當加載最大荷載1t時，輸出電壓Uo=2*5*=。 由于設計要求此傳感器的輸出阻抗為350,不是很高，這就需要一個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該較小。因此我選用三運放高共模抑制比電路。設計其電路圖如下： 圖6 高共模抑制比電路 在上圖中，為了抑制公模電壓，并達到差模電壓放大的目的將各電阻阻值設定為阻值設定為：。 因此有：經過放大以后的波形仍為調幅波，必須用檢波器將它還原為被檢測應變信號的波形。而一般的檢波器只有單向的電壓輸出，不能區(qū)別拉壓應變信號。因此，我采用能克服上述缺點的相敏檢波器，它可以有雙向信號輸出，能反映出應變的拉或者壓。其放大增益設為1，所以只是起到檢波作用，無放大效果。則其對應的電阻值為R1=R2=R3=R4=R5=R6/2=： 圖7 相敏檢波電路 如上圖：當VCC1=1時，Q2導通，Q1截止，同相輸入端接地，Us從反相輸入端輸入，=1，VCC1=0時，Q2截止，Q1導通，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:從而實現(xiàn)了相敏檢波。 由相敏檢波電路輸出的被檢測應變波形中仍殘留有載波信號，必須濾掉，方能得到被檢測應變信號的正確波形。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，我選擇設計截止頻率為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的輸出稱為零點輸出零點輸出受環(huán)境溫度的影響隨環(huán)境溫度的變化而變化，這稱之為零點溫度漂移引起稱重傳感器零點溫度漂移的因素，產生此溫度漂移的原因： （1）彈性元件電阻應變計應變粘結劑的單線膨脹系數(shù)不同 彈性元件的縱向和橫向膨脹率不同電阻應變計基底和應變粘結劑底膜的厚度不同在環(huán)境溫度發(fā)生變化時都會產生不同程度的熱脹冷縮使電阻應變計敏感柵仁, 長或縮短引起電阻值變化（2）電阻應變計敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)不為零各電阻應變計之間又有一定的 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引起電阻的改 變（3）由于各電阻應變計的引出線及連接導線的長度不同溫度變化可引起電橋導線 的電阻變化（4）不同材料如康銅鎳等焊點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 波動等影響。雖然比上述各項影 響小但也會使電阻值稍有變化。 對于這些誤差，在橋路設計以及后續(xù)電路設計中已經采取相應措施。 另外，影響稱重傳感器穩(wěn)定性的因素主要有：（1）稱重傳感器的結構稱重傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設計，都必須保證受載后在結構上不產生性能波動，或性能波動很小。為此在稱重傳感器設計時，應盡量作到應變區(qū)受力單一，應力均勻一致；貼片部位最好為平面；在結構上保證具有一定的抗偏心載荷和側向載荷的能力；安裝力遠離應變區(qū)，測量時應避免載荷支承點的位移。盡管稱重傳感器屬于裝配制造產品，但為了保證具有最佳技術性能和長期穩(wěn)定性，盡可能將它設計成一個整體結構。（2）機械加工與熱處理工藝彈性元件在機械加工過程中，由于表面變形的不均勻產生較大的殘余應力，切削用量越大，殘余應力就越大，磨削加工產生的殘余應力最大。因此應制訂合理的加工工藝和規(guī)定適當?shù)那邢饔昧俊椥栽跓崽幚磉^程中，由于冷卻溫度不均勻和金屬材料相變等原因，在芯部和表層產生方向不同的殘余應力，其芯部為拉應力，表層為壓應力。必須通過回火處理工藝，在其內部產生方向相反的應力，與殘余應力相互抵消，減少殘余應力的影響。（3）電阻應變計與應變粘結劑電阻應變計應具有最佳性能，要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定性好，熱輸出小，機械滯后和蠕變小，應變量為1500106時疲勞壽命可達108，電阻值偏差小，批次質量均一性好等。應變粘結劑應具有粘結強度大，抗剪強度高；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膠層體積收縮小等。粘貼電阻應變計時一定要嚴格控制膠層厚度，因為粘結強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力才能變形，不易產生流動和蠕變，界面上的內應力很小，產生氣泡和缺陷的幾率也比較小，應變傳遞性能好，只要防護密封合理就可達到較高的穩(wěn)定性水平。（4）制造工藝流程應變式稱重傳感器的工作原理和總體結構決定了，在生產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量影響較大。因此必須制訂科學合理并可重復的制造工藝流程，并在其中增加電子計算機控制的自動化或半自動化工序，盡量減少人為因素對產品質量的影響。（5）電路補償與調整應變式稱重傳感器屬于裝配制造，貼片組橋后就形成了產品，由于內部不可避免的產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達不到設計要求，因此必須進行各項電路補償與調整，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。完善而精細的電路補償工藝，是提高稱重傳感器穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。（7）防護與密封防護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)境和感應環(huán)境影響而能穩(wěn)定可靠工作的根本保障。如果防護密封不良，粘貼在彈性元件上的電阻應變計及應變粘結劑膠層，都會吸收空氣中的水分而產生增塑，造成粘結強度和剛度下降，引起零點漂移和輸出無規(guī)律