【正文】 氣孔，易引起應力集中導致彈性梁受載荷后氣孔周圍的實際應力較大，從而使傳感器未到額定負荷而發(fā)生斷裂，這也是影響傳感器測量值和理論值發(fā)生偏差的主要原因之一。將式（ ）代入式（ ），可得： PWVMGV F ??? 10 （ ） 對于矩形截面， 261 hbW ?? （ ） 式中： b — 為彈性體承載面寬度； h — 為彈性體承載梁厚度。 圖 雙孔彈性梁結構圖 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 第 25 頁 共 40 頁 （ 2）彈性體的設計和計算：彈性體是應變式力傳感器將力轉換為應變量的關鍵部件，研究結果表明，雙孔梁彈性體按剛架計算比按平橫梁計算的精確，而且橋路輸出和載荷之間的線性好、靈 敏度高。懸臂梁型傳感器自由端的最大撓度不能太大，否則荷重方向與梁的表面不成直角，會產(chǎn)生誤差。對于一個靈敏度為 vmv 的稱重傳感器，由于截面積變化 所 引起的非線性誤差大約為 %，所以總的非 線 性誤差為 %～ %或者 %。這時輸入電壓可增大，但是由于推薦應用于電橋的電壓與電阻的平方根成比例，所以這只能增加輸出值的 倍。一個典型的商用稱重傳感器的額定輸出為從 到 vmv 或從 20 到 30mv （施加 10v 激勵電壓時），所以 vmv 是一個較低的輸出。 既然這是一個單軸向載荷的圓柱，就可應用 胡 克定律，其應力、應變可用如下公式計算： mESe ?1 （ ） mEeS 1? （ ） 式中： mE — 彈性模量 ； 1e — 1 號應變計的軸向應變值。 下面介紹其中一種利用拉伸與壓縮應力的稱重傳感器。 表 不同應變片基的最高工作頻率 應變片基長l(mm) 1 2 3 5 10 15 20 最高工作頻率f(kHz) 250 125 50 25 應變片的理論和實際輸出波形如圖 所示，如以輸出從 10％上升到 90％的這 段 時間 作為 上升 時間 kt ，則 kt = vI ， 可 測頻 率 f ＝ ，則lvlvf ?? 。目前常用的電阻系列，習慣上為 60、 1 200、 350、500、 1000Ω，其中以 120Ω最常用。當出現(xiàn)以下三種情況之一時，都認為是疲勞損壞：①應變片的敏感柵或引線發(fā)生斷路；②應變片輸出指示應變的幅值變化 10％；③應變片輸出信號波形上出現(xiàn)穗狀尖峰。 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 第 16 頁 共 40 頁 如果在一 定溫度下，使其承受恒定的機械應變，其電阻值隨時間而變化的特性，稱為應變片的蠕變。這種現(xiàn)象稱為橫向效應。測定時必須按規(guī)定的標 準，例如受軸向單向力（拉或壓），試件材料泊松系數(shù)為 ? = 的鋼等。 此外，制作應變片敏感柵常用的材料有康銅、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鐵鎳鉻合金、 貴金屬（鉑、鉑鎢合金等）材料等，材料性能見表 所示。由于濺射的分子具有很大的能量，不能蒸發(fā)只凝結在表面，故附著力強，膜的性能好 [9]。 箔式片的絲柵尺寸小 ，形狀任意、柔軟、橫向效應小，容許電流大，疲勞壽命高，蠕變及滯后好，應用日益增多，早期獲得均勻的箔材比較困難，但目前已是應變式傳感器中使用的主要品種。 下面具體介紹幾種應變片的特點，見表 表 用于傳感器的各種應變片 應變片種類 電阻材料 電阻值 （ ? ） 靈 敏 系數(shù)（ k ） 滯后及蠕變 制造工藝 備 注 金屬絲式片 金屬絲 ＜ 1000 ~ 小 簡易 使用方便、價廉，溫度系數(shù)和 K值一致性好，可用很 長的絲，疲勞壽命長，能承受較大變形，能用多種合金材料金屬 金屬箔片式 金屬箔 ＜ 2021 ~ 很小 簡易 形狀任意，能制于各種基片上，阻值一致性好， K值溫度系數(shù)好，橫向效應好 金屬絲式應變片有回線式和短接式兩種，圖 所示為回線式應變片。如果應用儀器測出應變片的電阻值變化 R? 。 設導線在力 F 的作用下，其長度 l 變化 dl ，截面 S 變化 dS ，半徑 r 變化 dr ，電阻系數(shù) ? 變化 ?d ，因而將 R 引起變化 dR 。另外，如果彈性材料和結構選擇恰當，還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 第 8 頁 共 40 頁 電阻應 變效應 金屬材料的電阻應變效應 早在 1856 年英國物理學家首先發(fā)現(xiàn)了金屬的電阻應變效應。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數(shù) [4]。彈性膜盒的形變除取決于壓力變化外，也和環(huán)境溫度變 化有關，必要時應采取溫度補償措施。由于傳感器元件輸出的信號一般較小，大多數(shù)的測量電路還包括放大電路，有的還包括顯示器，直接在傳感器上顯示出所測量的物理量 ；（ 4） 輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。在彈性范圍內，應力與應變成正比關系： SEFEll ???? ?? （ ） 式中： F — 作用在彈性元件上的集中力； S — 圓柱的橫截面積。彈性敏感元件在感受被測量時將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應變。 由于科學技術迅猛發(fā)展，工藝過程自動化程度越來越高，因此對測控系統(tǒng)的精度提出更高的要求。 隨著科學技術的發(fā)展，傳感器產(chǎn)品應用范圍的不斷擴大，在現(xiàn)代科學技術、國民經(jīng) 濟、人民生活中都占有重要地位，為此世界各國都給予了高度重視。 應變式力傳感器用作靜態(tài)、動態(tài)條件下測力或稱重，在我國工業(yè)生產(chǎn)過程檢測與控制、自動計量等領域已大量應用。目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領域。 關鍵詞 ： 稱重傳感器，彈性體，電阻應變片 Based on the design of resistance strain gauge load cell Abstract With the progress of technology, electronic weighing apparatus made by the weighing sensor is widely used in all 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 2021 屆畢業(yè)設計說明書 第 I 頁 共 II 頁 目 錄 1 緒論 .............................................................. 1 課題研究的背景 .................................................. 1 國內外發(fā)展動態(tài) .................................................. 1 2 傳感器的相關知識 .................................................. 3 傳感器概念 ...................................................... 3 傳感器的工作原理 ................................................ 3 傳感器的組成結構 ................................................ 5 3 電阻應變片的相關知識 .............................................. 7 電阻應變片的結構和工作原理 ...................................... 7 電阻應變效應 .................................................... 8 金屬材料的電阻應變效應 ........................................ 8 電阻 — 應變特性 ................................................ 8 應變片測試原理 ................................................ 9 電阻應變片的種類及材料 ......................................... 10 電阻應變片的種類 ............................................. 10 電阻應變 片的材料 ............................................. 12 金屬應變片的主要特性 ........................................... 13 4 電阻應變式力傳感器的設計 ......................................... 19 柱形應變式力傳感器 ............................................. 19 利用拉伸與壓縮應力的稱重傳感器 ............................... 20 柱式稱重傳感器的誤差來源 ..................................... 22 梁式力傳感器 ................................................... 23 5 粘貼技術及穩(wěn)定處理 ............................................... 27 應變片粘貼技術 ................................................. 27 粘結劑的選擇 .....