【正文】 uu uA ???????? ????? 通常，第一級增益要盡量高，第二級增益一般為 1~2倍，這里第一級選擇 100倍，第二級為 1倍。則取 R3=R4=R5=R6=10KΩ ,要求匹配性好，一般用金屬膜精密電阻，阻值可在 10KΩ ~幾百 KΩ間選擇。則 Avd=(RP+2R1)/RP 先定 RP， 通常在 1KΩ ~10KΩ內(nèi)，這里取 RP＝ 1KΩ，則可由上式求得 R1=99RP/2= 取標(biāo)稱值 51KΩ。通常 RS1和 RS2不要超過 RP/2，這里選 RS1＝ RS2＝ 510，用于保護(hù)運放輸入級。 A1和 A2應(yīng)選用低溫飄、高 KCMRR的運放，性能一致性要好。 總的電路圖如下： A1A2A3R S 1510R s 2510R310KR410KR510KR610KR151KRp1KR251KV i1V i2Vo 22/ 29 為使電橋放大電路的輸出電壓范圍保證在 0～ 10V 之間，以便后接儀表或為 A/D 轉(zhuǎn)換所用，則電橋放大電路的差模增益應(yīng)該為 K=350 左右。由于根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)要求與性能指標(biāo)，可確定電橋放大電路各元件參數(shù)如下所示：（電阻精度 %） R12(Ω ) R13(Ω ) R16(Ω ) R19(Ω ) R20(Ω ) 100K 100K 10K 50K 由上表計算可得出 533) 1001001(01 05)1( 20 131261193 ????????????? K KKKKR RRRRKKA dd 因此，當(dāng)電橋供電電壓 U=5V時，電橋轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓范圍為： 當(dāng)壓力 F=100000N時，有： MPaPadDFAF 10)0171(41 0 0 0 0 0)(4 62222??????????? xE ?? ?? 10?3 23/ 29 縱向電阻變化： ?????????? ? 3?RKR 橫向電阻變化： RR ????? ?1 =? 電橋輸出： mvR RURR RUU )(122 )1()1(2 )1(0 ?? ?????????? ??? ??? 運放輸出： VmVU 全橋運放 ????? 其它依次類推可以求得 ,下面是測試所得的一個數(shù)據(jù)測量表： 壓力（ N） 應(yīng)變片的變化量（歐） 電橋輸出電壓 U0（ mv） 放大電路電壓輸出 Uout（ v） F 縱向 △ R 橫向 △ R1 理論 實際 理論 實際 10000 20210 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 表 61 壓力理論值與實際值的比較 24/ 29 用 MATLAB 實現(xiàn)的 F— V特性圖 matlab 程序 壓力 matlab 程序： f=[10000:10000:100000]。 v1=[、 、 、 、 、 、 、 、 、 ]。 V1=[、 、 、 、 、 、 、 、 、 ]。 subplot(121)。 plot(f,v1,f,V1,39。r39。)。 xlabel(39。F/N 39。)。ylabel(39。mV 39。)。title(39。電橋輸出 FV 圖 39。)。 text(10000,22,39。實線為理論曲線 39。) grid。 v2=[、 、 、 、 、 、 、 、 、 ]。 V2=[、 、 、 、 、 、 、 、 、 ]。 subplot(122)。 plot(f,v2,f,V2,39。r39。)。 xlabel(39。F/N 39。)。ylabel(39。V 39。)。title(39。差動輸出 FV 圖 39。)。 text(10000,39。實線為理論曲線 39。) grid。 根據(jù)上表用 Matlab 作出傳感器的 FV圖，得知其特性如下。 25/ 29 八、傳感器精度驗證 課程設(shè)計任務(wù)書要求稱量精度：177。 1 % 主要誤差主要包括彈性元件加工精度造成的誤差，應(yīng)變片精度和黏貼造成的誤差，放大電路電阻精度造成的誤差。 彈性元件的公差等級為 IT7，這說明外徑 D=~， d=~ 當(dāng) D=， d=，此時彈性元件厚度最薄 A=π4(??2? ??2) ε =? 電橋輸出為： mvR RURR RUU )1()1(2 )1(0 ??????? ??? ??? 當(dāng) D=， d=，此時彈性元件厚度最厚 ε =? mvR RURR RUU )1()1(2 )1(0 ??????? ??? ??? 由此算出彈性元件的誤差為 % 測試數(shù)據(jù)如下： 傳感器厚度最大 (D=,d=，放大倍數(shù)最小 (A=351) 壓力（ N） 應(yīng)變片的變化量（歐） 電橋輸出電壓 U0（ mv） 放大電路電壓輸出 Uout（ v） F 縱向 △ R 橫向 △ R1 理論 實際 理論 實際 10000 20210 30000 40000 50000 60000 70000 26/ 29 80000 90000 100000 傳感器厚度最小 (D=,d=)，放大倍數(shù)最大 (A=355)時 壓力（ N） 應(yīng)變片的變化量（歐） 電橋輸出電壓 U0（ mv） 放大電路電壓輸出 Uout（ v） F 縱向 △ R 橫向 △ R1 理論 實際 理論 實際 10000 20210 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 用 matlab做出曲線如下 f=[10000:10000:100000]。 v1=[,,,]。 V1=[,,,]。 V11=[,,,]。 subplot(121)。 plot(f,v1,f,V1,f,V11,39。r39。)。 xlabel(39。F/N 39。)。ylabel(39。V 39。)。title(39。電橋輸出 FV 圖 39。)。 grid。 曲線圖： 27/ 29 由圖算出誤差為： δ =%1% 因此設(shè)計滿足要求。 經(jīng)過查看手冊可知此部分誤差在 %左右 電阻精度為 %，無誤差放大倍數(shù)是 353，上偏差為 355，下偏差為 351 28/ 29 經(jīng)驗算，誤差為 % 九、參考文獻(xiàn) [1]. 強(qiáng)錫富 .傳感器第三版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 年 [2]. 唐露新 .傳感器與檢測技術(shù) .北京：科學(xué)出版社， 2021 年 [2]. 李科杰 .新編傳感器技術(shù)手冊 .北京：國防工業(yè)出版社， 2021 年 [3]. 黃繼昌等 .傳感器工作原理及應(yīng)用實例 .北京：人民郵電出版社， 1998 年 [4]. 陳爾紹 .傳感器使用裝置制作集錦 .北京：人民郵電出版社， 2021 年 [5]. 楊崇志 .特殊新型電子元器件手冊 .北京：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 2021 年 [6]. 龐振基等 .精密機(jī)械設(shè)計 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 年 [7]. 左宗義 .工程制圖 .廣州：華南理工大學(xué)出版社， 2021 年 十、 心得體會 兩個星期的課設(shè)設(shè)計終于結(jié)束了，從剛開始接到設(shè)計任務(wù)，到和班上的同學(xué)組隊，再到大家一起努力把設(shè)計項目完成。一路走來，有笑有累，但更加享受的是一個團(tuán)隊同心協(xié)力，互相學(xué)習(xí)，共同把項目做好的過程。 本次的課程設(shè)計，確實遇到不少的難度，特別是對于 CAD 和 multisim 等軟件的使用，因為都是大一大二時候?qū)W的，當(dāng)時并沒有系統(tǒng)的學(xué)，基礎(chǔ)不少很扎實，所以這一次的設(shè)計，基本上又是重新開始，還有方案的討論，電路的設(shè)計，數(shù)據(jù)的計算和最后的校對，也是對我們工作量的一大考驗，我們幾個聚在一起討論設(shè)計過程，先弄清楚原理，再進(jìn)行各種彈性元件、應(yīng)變片等的對比，選出最合適我們的方案，然后我們就進(jìn)行初步的設(shè)計、計算。我們在確定各種數(shù)據(jù)的時候遇到了一些問題，通過老師的講解使我們更加深了對這次課程設(shè)計的理解。在此特別感謝陳益民老師、查曉春老師、還有黎勉老師給我們提供的幫助。 通過這次課程設(shè)計， 我對《傳感與檢測技術(shù)》以及《測控電路》《工程制圖》等基礎(chǔ)知識復(fù)習(xí)了一遍，而且更重要的是又學(xué)到了很多新的知識，獲得了新的經(jīng)驗，并對我以后的學(xué)習(xí)甚至日后的生活都是有很大的幫助的 29/ 29 十一、附錄應(yīng)變式傳感器 裝配圖一張（ A3） 彈性元件零件圖一張（ A4）