【正文】 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。 本次的課程設(shè)計(jì)，確實(shí)遇到不少的難度，特別是對(duì)于 CAD 和 multisim 等軟件的使用，因?yàn)槎际谴笠淮蠖r(shí)候?qū)W的，當(dāng)時(shí)并沒有系統(tǒng)的學(xué)，基礎(chǔ)不少很扎實(shí)，所以這一次的設(shè)計(jì)，基本上又是重新開始，還有方案的討論，電路的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的計(jì)算和最后的校對(duì)，也是對(duì)我們工作量的一大考驗(yàn)，我們幾個(gè)聚在一起討論設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)、計(jì)算。 經(jīng)過查看手冊(cè)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(yàn)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(cè)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(cè) .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(shí)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(cè) .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(jì) .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(huì) 兩個(gè)星期的課設(shè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，從剛開始接到設(shè)計(jì)任務(wù)，到和班上的同學(xué)組隊(duì)，再到大家一起努力把設(shè)計(jì)項(xiàng)目完成。 grid。電橋輸出 FV 圖 39。)。ylabel(39。F/N 39。)。 plot(f,v1,f,V1,f,V11,39。 V11=[,]。 v1=[,]。 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。 根據(jù)上表用 Matlab 作出傳感器的 FV圖，得知其特性如下。實(shí)線為理論曲線 39。)。title(39。V 39。)。 xlabel(39。r39。 subplot(122)。 v2=[、 、 、 、 、 、 、 、 、 ]。實(shí)線為理論曲線 39。)。title(39。mV 39。)。 xlabel(39。r39。 subplot(121)。 v1=[、 、 、 、 、 、 、 、 、 ]。 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?yàn)?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。通常 RS1和 RS2不要超過 RP/2，這里選 RS1＝ RS2＝ 510，用于保護(hù)運(yùn)放輸入級(jí)。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。 (3)電路對(duì)共模信號(hào)幾乎沒有放大作用 ,共模電壓增益接近零。電路中有關(guān)電阻保持嚴(yán)格對(duì)稱 ,具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) : (1)A1和 A2提高了差模信號(hào)與共模信號(hào)之比 ,即提高了信噪比 。 圖為高輸入阻抗差分放大器 ,應(yīng)用十分廣泛 .從儀器測(cè)量放大器 ,到特種測(cè)量放大器 ,幾乎都能見到其蹤跡。 此放大電路具有輸入阻抗高、增益調(diào)節(jié)方便、輸出漂移小以及共模抑制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如果把傳感器的輸出加在一個(gè)差動(dòng)放大器 N1 的同相和反相輸入端，則因反相輸入端的輸入阻抗小，不僅會(huì)產(chǎn)生增益誤差，而且使傳感器內(nèi)部經(jīng)過嚴(yán)密調(diào)整的溫度補(bǔ)償遭到破壞。一般使用運(yùn)放時(shí)，其增益由電阻決定，若電阻值有漂移，則增益也有漂移，故要充分注意影響共模抑制比 CMRR 的放大器周圍電阻的穩(wěn)定性。因此，這種電路只適用于低阻值傳感器、測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。另外，電路的非線性仍然存在，只有當(dāng)δ 1 時(shí)， Uo 與δ才近似成線性關(guān)系。 單端輸入電橋放大電路的特點(diǎn)為：其增益與橋臂電阻無關(guān)，增益比較穩(wěn)定，但電橋電源一定要浮置，且輸出電壓 Uo 與橋臂電阻的相對(duì)變化率δ是非線性關(guān)系，只有當(dāng)δ 1 時(shí)，Uo 與δ才近似按線性變化。 由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。0 2224 2222 ???? ???????? ?????? 因?yàn)?|ε r|=με和△ R=kε R，而△ R’ =μ△ R，故 R RURR RUU sc 2 )1()1(2 )1( ?????? ??? ??? 當(dāng) R 為 120Ω ， U=5V，查表，不銹鋼的μ =， AEFkREkRRkR ???? ?? 。39。 一般將應(yīng)變計(jì)對(duì)稱地貼在應(yīng)力均勻的圓 柱表面的中間部分， 因?yàn)?R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=120Ω ，得：URRR RRURRR RRRRU 39。 綜上方案，本設(shè)計(jì)選取全橋接法以達(dá)到靈敏度高的目的。而且將上式與單臂電橋輸出公式比較發(fā)現(xiàn)，差動(dòng)電橋的電壓靈敏度比單臂道變片提高了一倍，同時(shí)可以起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。?dāng) n＝ 1 時(shí)有 Uo＝ (△ R1/R1)U/4 Ku＝ U/4 上式表明，當(dāng)電源電壓 U 及電阻相對(duì)值一定時(shí)，電橋的輸出電壓及電壓靈敏度將與各臂阻值的大小無關(guān)。Uo＝ (R4/R3)(△ R1/R1)U/(1＋ R2/R1＋△ R1/R1)(1＋ R4/R3) 設(shè)橋臂比 n＝ R2/R1，由于電橋初始平衡時(shí)有 R1R4＝ R2R3，略去分母中的△ R1/ R1 可得：Uo＝ n(△ R1/R1)U/(1＋ n)2 電橋靈敏度定義為 Ku＝ Uo/△ R1/R1,可得單臂工作應(yīng)變片的電橋電壓靈敏度為 Ku＝ nU/(1＋ n)2 顯然， Ku 與電橋電源電壓成正比，電源電壓的提高，受應(yīng)變片允許功耗的限制。當(dāng)電橋后面接放大器時(shí)，放大器的輸入阻抗度很高，比電橋輸出電阻大很多，可以把電橋輸出端看成開路，如下圖所示： 電橋的輸出式為： Uo＝ (R1R4－ R2R3)U/[(R1+R2)(R3+R4)] 電橋的平衡條件為 R1R4＝ R2R3。電路圖如 下： 此電路靈敏度很大。因此，電橋電壓 U 以不超過 6V 為宜，則取 U為 5V。在電橋電壓電路中，由于輸出電壓 Uo 與電橋電壓 U 成正比，所以，若增加 U，放大電路本身的漂移和噪聲就會(huì)相對(duì)減少。 七、 轉(zhuǎn)換電路及信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試 傳感器轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)： 17/ 29 應(yīng)變片將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成電阻相對(duì)變化△ R/R，還要把電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或者電流的變化，才能用電測(cè)儀表進(jìn)行測(cè)量。 （ 4） 防塵、接線的設(shè)計(jì) 為了防止傳感器內(nèi)部器件受到塵埃，空氣或其它液體的腐蝕，要進(jìn)行一定的防塵措施。 （ 2） 上蓋的選材 根據(jù)要求，上蓋需要有一定的剛度和強(qiáng)度，因此選用不銹鋼 (LY12)作為上蓋的材料。 （ 3） 接線柱出口聯(lián)接圓柱與外殼選用螺紋連接：根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 GB6785，選用 M2螺釘，螺釘工作長度為 3～ 25mm，選 8mm。 根據(jù)連接的要求，有： （ 1） 傳感器底座與支承面的固定：根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 GB19681，傳感器底 座的固定螺孔選用螺紋的直徑 D=6mm。 得此傳感器的靈敏系數(shù)為： S=(1＋ ) 1 105/(2 104 1011) 103= 因?yàn)?S＜ Sg=，所以應(yīng)變片的靈敏度符合要求。 又由 A=??max/σ=105/（ ） =135m??2 A=π4(??2???2)，取內(nèi)徑為 d=10mm，求得 D=17mm。為使貼片部分應(yīng)力分布均勻，長度 L不可太短，圓柱式一般為 L=(2～ )D,而圓筒式則可適當(dāng)短一些。當(dāng)安裝、緊固傳感器時(shí)，不應(yīng)使中段產(chǎn)生腰鼓變形。 選擇 D與 d時(shí)， 要考慮到構(gòu)件的穩(wěn)定性及加工條件，原因是圓筒式的壁不能太薄。所以傳感器受壓軸的截面面積為： A=F/σ == 1 105/( 108Pa)＝ 104m2。 15/ 29 5. 受壓軸截面面積的計(jì)算 ,彈性元件基本尺寸確定 根據(jù)任務(wù)書可知：測(cè)力范圍為 0～ 1 105N 由上可知 [ε 1] = 310? 。 設(shè)： d 為圓筒的內(nèi)徑； l為圓筒的長度；σ為圓筒壁的厚度，則 4 2dpSpP ???? （ 42） 作用于圓筒底部軸向力 P 為： 承受軸向壓力 P 的為圓筒的橫斷面積（圓環(huán)面積） ??lS? 因此，軸向應(yīng)力σ 2 為 圖 14/ 29 ????? 4422pdldPSP ???（ 43） 橫向力（作用于直徑平面上的壓力） P1 ，是由縱向截面的支反力 N 來平衡。 令外力均勻地作用于筒壁上，在筒壁上取一單元面積 ABCD，在兩個(gè)方向上都受壓縮作用。 120 8 8 13 2 由上得：應(yīng)變