【文章內容簡介】 彈性元件受壓時出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，柱高應該選得小些，但又必須使應變片能夠反映截面應變的平均值，所以可取H=檢驗是否會出現(xiàn)局部失穩(wěn)，根據(jù)薄壁管的失穩(wěn)臨界應力計算公式可得：遠大于[]=540MPa，故在超過量程50%的載荷作用下，不會出現(xiàn)局部失穩(wěn)。 應變片的選擇電阻應變片主要分為電阻絲式應變片、金屬箔式應變片和金屬薄膜應變片。由于電阻絲式應變片有橫向效應對測量的精度有影響，使靈敏度降低，而且耐疲勞性能不高。金屬薄膜應變片尚難控制電阻與溫度的變化關系，不常用。故選用金屬箔式應變片。
箔式應變片的主要優(yōu)點： (1)本身性能穩(wěn)定，受溫度變化的影響小，在30—+350 度范圍內穩(wěn)定工作； (2) 散熱條件較好；（3）在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好； (4)適用于各種彈性體材料及彈性結構形式，粘貼操作簡便；(5)價格便宜；(a)單軸的 (b)測扭矩的 (c)多軸的(應變花) 電阻應變計簡稱應變計（亦稱為電阻應變片或簡稱應變片）。它由四個部分組成。第一是電阻絲（敏感柵），它是應變計的轉換元件。第二是基底和面膠（或覆蓋層）?；资菍㈤L肝氣彈性體表面的應變傳遞到電阻絲柵上的中間介質，并起到電阻絲與彈性體之間的絕緣作用，面膠起著保護電阻絲的作用。第三是粘合劑，它將電阻絲與基底粘貼在一起。第四是引出線，它作為聯(lián)結測量導線之用。(1)材料的選用原則 應變計敏感柵合金材料的選擇對制作應變計性能的好壞起著決定性的作用，因此對制作應變計所用的應變電阻合金有以下的要求：a有較高的靈敏系數(shù)；b電阻率高；c電阻溫度系數(shù)小，具有足夠的熱穩(wěn)定性；d機械強度高，壓碾或拉伸性能好，高溫時耐氧化性能要好，耐腐蝕性能強；e與其它金屬接觸的熱電勢??；f與引出線焊接容易。(2)常用的應變計材料 目前國內還沒有一種金屬材料能滿足上述全部要求，因此在選用時，只能給予綜合考慮，常用的有康銅、鎳鉻、卡瑪合金、鎳鉻硅錳等合金。其各自性能分別如下表所示： 有表可知：電阻溫度系數(shù)較小而且穩(wěn)定，同時它的Ks對應變值的穩(wěn)定性非常高，不但在變形的彈性范圍Ks持為常數(shù)，在進入塑性范圍后，亦基本保持為常數(shù)。所以本課程設計采用是材料為康銅的應變片。（3）基底、引線材料和粘合劑基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置，蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對位置，還可保護敏感柵?；椎娜L稱為基底長，其寬度稱為基底寬?；撞牧嫌屑埢湍z基。膠基由環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚酰亞胺等制成膠膜，～，本次設計采用膠基；引線材料是從應變片的敏感柵中引出的細金屬線。對引線材料的性能要求：電阻率低、電阻溫度系數(shù)小、抗氧化性能好、易于焊接。大多數(shù)敏感柵材料都可制作引線；黏合劑材料用于將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。使用金屬應變片時，也需用粘結劑將應變片基底粘貼在構件表面某個方向和位置上。以便將構件受力后的表面應變傳遞給應變計的基底和敏感柵。常用的粘結劑分為有機和無機兩大類。有機粘結劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機硅樹脂，聚酰亞胺等。無機粘結劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。本次設計采用有機粘結劑。～，采用刻圖、制版、光刻及腐蝕等工藝過程而制成。基底是在箔的另一面涂上樹脂膠，經(jīng)過加溫聚合而成，～。 敏感柵的尺寸 基于彈性體結構和測量要求選用應變片的參數(shù)：型號敏感柵尺寸（寬長）mmmm材料阻值靈敏度K基底BH3502AA3*5箔式350Ω～縮醛膠基 應變片參數(shù)外殼尺寸確定 實物圖如下所示 柱式傳感器實物圖 具體設計圖參考附錄中的圖。測量電路的設計與計算依照課程設計中的方案選擇知使用的電橋為全橋電路。在實際測量中，作用力不可能正好通過柱體的中心軸線，所以這樣的柱體彈性元件除了受到拉（壓）外，還受到橫向力和彎矩。、連接方法可以減小這種影響。 應變片的粘貼和連接方法圖中各應變片上的應變分別為 式中：為溫度引起的虛假應變。根據(jù)橋式電路輸出為 （61）電橋電壓靈敏度為 （62）電路設計中，應變片的連接如右圖所示。所選用的是全橋形式的差動電橋，且為提高電橋靈敏度或進行溫度補償，每個橋臂都安置兩個應變片。此外，由于在零壓力時，傳感器大約有2mV的不平衡輸出，并且放大器有輸入失調電壓，因此，用組成的電橋電路進行零位調整。通過改變電位器 全橋的電路設計的值，可改變補償電壓的大小，以使得零壓力時U0=0V，為了保證足夠的調整精度，電位器為多圈電位器。ICL8038的波形發(fā)生器是一個用最少的外部元件就能生產(chǎn)高精度正弦,方形,三角, 鋸齒波和脈沖波形徹底單片集成電路. 頻率(或重復頻率) , 調頻及掃描可以由同一個外部電壓完成. ICL8038精密函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢壘二極管等先進工藝制成的單片集成電路芯片，輸出由溫度和電源變化范圍廣而決定. 這個芯片和鎖相回路作用， 具有在發(fā)生溫度變化時產(chǎn)生低的 頻率漂移，最大不超過250ppm／℃特點：具有在發(fā)生溫度變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；正弦波輸出具有低于1％的失真度；三角波輸出具有0．1％高線性度；具有0．001Hz～1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬；2％～98％之間任意可調；高的電平輸出范圍；從TTL電平至28V；具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號輸出；8易于使用，只需要很少的外部條件 取RA=RB=10KΩ，輸出的波占空比為50%。端口9輸出的是方波，端口2輸出的是正弦波來自傳感器的信號通常都伴隨著很大的共模電壓（包括干擾電壓）。一般采用差動輸入集成運算放大器來抑制它，但是必須要求外接電阻完全平衡對稱，運算放大器才具有理想特性。否則，放大器將有共模誤差輸出，其大小既與外接電阻對稱精度有關，又與運算放大器本身的共模抑制能力有關。一般運算放大器共模抑制比可達80dB，而采用由幾個集成運算放大器組成的測量放大電路，共模抑制比可達100～120dB。結合以上幾點，采用了低漂移運算放大器構成的三運放高共模抑制比放大電路。 三運放高共模抑制比放大電路它由三個集成運算放大器組成，其中N1，N2為兩個性能一致（主要指輸入阻抗，共模抑制比和增益）的同向輸入通用集成運算放大器，構成平衡對稱（或稱同向并聯(lián)型）差動放大輸入級，N3構成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進一步抑制N1，N2的共模信號，并適應接地負載的需要。由輸入級電路可寫出流過Ro，R1，R2的電流為