【正文】 walks of life, to realize the rapid and accurate for material weighing, especially with the emergence of microprocessor, the constant improvement of the industrial production process automation, weighing sensor has bee a necessary device in the process control. At present, apply to almost all weighing weighing sensors. In this paper, the design of a resistance strain type weighing sensor. Resistance strain type weighing sensor is based on the principle that elastomer (elastic element, sensitive beam) elastic deformation under the action of external force, the resistance strain gauge on the surface of the paste in his (cell) also along with the deformation and deformation resistance strain gauge, its value will change (increase/decrease), and then through the corresponding measurement circuit convert the resistance to electrical signals (voltage or current), so as to plete the process of external force transform into electrical signals. The design of the weighing sensor is the change of resistance strain gauge is used to determine the small strain of elastic element, so as to use force, stress and strain the relationship between the area to determine the size of the force, then the force of the mass of the body. The change of the resistance strain gauge can be obtained through the subsequent processing circuit. Keywords: Weighing sensors, elastomer, resistance strain gauge 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 I 頁 共 II 頁 目 錄 1 緒論 .............................................................. 1 課題研究的背景 .................................................. 1 國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) .................................................. 1 2 傳感器的相關(guān)知識 .................................................. 3 傳感器概念 ...................................................... 3 傳感器的工作原理 ................................................ 3 傳感器的組成結(jié)構(gòu) ................................................ 5 3 電阻應(yīng)變片的相關(guān)知識 .............................................. 7 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和工作原理 ...................................... 7 電阻應(yīng)變效應(yīng) .................................................... 8 金屬材料的電阻應(yīng)變效應(yīng) ........................................ 8 電阻 — 應(yīng)變特性 ................................................ 8 應(yīng)變片測試原理 ................................................ 9 電阻應(yīng)變片的種類及材料 ......................................... 10 電阻應(yīng)變片的種類 ............................................. 10 電阻應(yīng)變 片的材料 ............................................. 12 金屬應(yīng)變片的主要特性 ........................................... 13 4 電阻應(yīng)變式力傳感器的設(shè)計(jì) ......................................... 19 柱形應(yīng)變式力傳感器 ............................................. 19 利用拉伸與壓縮應(yīng)力的稱重傳感器 ............................... 20 柱式稱重傳感器的誤差來源 ..................................... 22 梁式力傳感器 ................................................... 23 5 粘貼技術(shù)及穩(wěn)定處理 ............................................... 27 應(yīng)變片粘貼技術(shù) ................................................. 27 粘結(jié)劑的選擇 ................................................. 27 應(yīng)變計(jì)的粘貼 ................................................. 27 彈性元件材料的穩(wěn)定處理 ......................................... 28 6 電阻應(yīng)變式傳感器的信號處理電路 ................................... 31 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 II 頁 共 II 頁 轉(zhuǎn)換電路 ....................................................... 31 直流電橋 ....................................................... 31 電路圖設(shè)計(jì) ..................................................... 36 電路仿真 ....................................................... 36 參 考 文 獻(xiàn) ......................................................... 39 致 謝 .............................................................. 40 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 40 頁 1 緒論 1． 1 課題研究的背景 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息的拾取、傳輸和處理技術(shù)，也就是 傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”、“大腦”。隨著技術(shù)進(jìn)步以及用現(xiàn)代電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的深入，其需求量日趨增加 ?，F(xiàn)代電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)為信息轉(zhuǎn)換與處理提供了極其完善的手段，使檢測與控制技術(shù)發(fā)展到嶄新階段。我國的 863 計(jì)劃和科技攻關(guān)計(jì)劃也把傳感器的研究與開發(fā)放在重要地位。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 40 頁 傳感器技術(shù)所涉及的知識非常廣泛，滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。近年來，微型計(jì)算機(jī)組成的測控系統(tǒng)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到 應(yīng)用，而傳感器作為微型機(jī)的接口必須解決相容技術(shù)，根據(jù)這些時(shí)代特點(diǎn)，傳感器將向以下幾個(gè)方面發(fā)展：為了提高測控精度，必須使傳感器的精度盡可能提高，例如對于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的壓力測量，希望測量精度的功能優(yōu)于 %，對超精度加工“在線”檢測精度高于 ，因此需要研制出高精度的傳感器，以滿足測量的需求。 這一定義包含了以下幾方面的意思： （ 1）傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)； （ 2）它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等； （ 3）他的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示等，這種量可以是氣、光、電物理量，但主要是電物理量； （ 4）輸入輸出有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。而粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。那么現(xiàn)在 舉幾個(gè)簡單的例子來說明傳感器的原理，如圖 、 所示。 這個(gè)公式說明應(yīng)力的變化和圓柱體受力的大小和圓柱的橫截面積有關(guān)，其中一個(gè)變化應(yīng)力就隨著變化。 2． 3 傳感器的組成結(jié)構(gòu) 傳感器亦稱 變換 器，是將各種非電量（包括物理量，化學(xué)量，生物學(xué)量等）按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硗庖环N物理量（一般為電量、磁量等）的裝置，它能把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量 [3]。 下面具體介紹這幾種元件的性能 : （ 1）敏感元件：敏感元件是能夠靈敏地感受被測變量并做出響應(yīng)的元件。 為了獲得被測變量的精確數(shù)值，不僅要求敏感元件對所測變量的響應(yīng)足夠靈中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 40 頁 敏，還希望它不受或少受其它環(huán)境因素的影響。敏感元件的輸出響應(yīng)與輸入變量之間如果是線性關(guān)系，當(dāng)然最便于應(yīng)用。轉(zhuǎn)換電路的類型和被測量、測量原理以及轉(zhuǎn)換元件有關(guān)，常用的電子器件有電橋、放大器、振蕩器、阻抗變換器等。 壓力傳感器是將壓力這個(gè)物理量轉(zhuǎn)換成電信號的一種電阻應(yīng)變式傳感器。 圖 傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片 傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上，而薄膜又通過粘結(jié)劑粘合到彈性 基片上，由于彈性元件與粘結(jié)劑及絕緣脂 膜之間的彈性模量不同，彈性元件的應(yīng)變不能直接傳遞給敏感柵，而是要通過粘結(jié)劑、絕緣脂膜才能到達(dá)敏感柵，從而產(chǎn)生較大的蠕變和滯后，影響傳感器的靈敏度、響應(yīng)度、線性度等性能。金屬導(dǎo)體的電阻隨著它所受機(jī)械變形（伸長或縮短）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。 為什么金屬導(dǎo)體的電阻會隨著其變形而改變呢？道理很簡單，這是因?yàn)閷?dǎo)體的電 阻是與材料的電阻系數(shù)以及它的幾何尺寸（長度和截面）有關(guān)的，導(dǎo)體在承受機(jī)械變形過程中，這三者都要發(fā)生變化，因而引起金屬絲的電阻發(fā)生變化。將（ ）式微分，可得 )( ??dSdSldlRdR ??? 即： ??dSdSldlRdR ??? （ ） 因?yàn)?2rS ?? ， rdrdS ?2? 所以： rdrSdS 2? （ ） 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 40 頁 令 ??ldl ， 為電阻絲軸向相對伸長即軸向應(yīng)變，而 rdr 則為電阻絲徑向相對伸長即徑向應(yīng)變，兩者的比例系數(shù)即泊松系數(shù)為 ? ，負(fù)號表示方向相反，有： ??? ???? ldlrdr （ ） 將（ ）式代入（ ）式得： ??2??SdS （ ） 將（ ）式代入（ ）式并經(jīng)整理后得： ????? ])21[(dRdR ??? （ ） 即： ?????dRdRK ???? )21(0 （ ） 0K 稱為金屬材料的靈敏系數(shù)，它的