傳感器與測(cè)試技術(shù)設(shè)計(jì)王瑋(參考版)
2025-03-30 00:03本頁(yè)面
【正文】 （74）電路靈敏度為應(yīng)變片靈敏度，橋路靈敏度，三運(yùn)放電路增益以及濾波電路增益之積，即 （75）由式（62），(68),(69)，并取= （76）相關(guān)元器件的確定相關(guān)電阻值的確定最大量測(cè)量時(shí)，有相應(yīng)的輸出電壓為 而輸入到A/D端的電壓為10V，因此有可放大電路為三運(yùn)放高共模抑制比放大電路和壓控電壓源型低通濾波電路，取三運(yùn)放高共模抑制比放大電路的放大倍數(shù)為160，濾波電路的放大倍數(shù)為2，由于根據(jù)本設(shè)計(jì)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：R7(Ω)R8(Ω)R9(Ω)R13(Ω)Ro (Ω)100K100K20K40K 表 由上表計(jì)算可得出Ro為滑線變阻器，可取10K的阻值。因此由于溫度變化引起的總電阻相對(duì)變化為： （73）通常，在常溫應(yīng)變測(cè)量中采用橋路補(bǔ)償法，這種方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，補(bǔ)償效果好。造成應(yīng)變片溫度誤差的原因主要有兩個(gè)：應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。能增加讀數(shù)保持（HOLD）功能。內(nèi)含時(shí)鐘振蕩器，僅需外接一只振蕩電阻。MC14433的性能特點(diǎn)：（1） MC14433屬于CMOS大規(guī)模集成電路，其轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度為177。其參數(shù)如下： (69) (610) (611) 壓控電壓源型低通濾波電路數(shù)顯電路主要器件由芯片MC14433和共陰極半導(dǎo)體數(shù)碼管LED組成。所以，可以得到放大電路的總增益為 （68）由于測(cè)量過(guò)程中不可能做到理想化，故會(huì)產(chǎn)生一些雜波，同時(shí)電路還會(huì)受到噪聲信號(hào)的干擾，因此，需要對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理。如果在N3的兩輸入端之間接入共模補(bǔ)償電路，則可補(bǔ)償電阻的不對(duì)稱，獲得更高的共模抑制比。而且通常將輸入級(jí)的增益Kd設(shè)計(jì)得大些，輸出級(jí)的增益Kd3設(shè)計(jì)得小些。根據(jù)共模抑制比定義，可求得輸入級(jí)的共模抑制比為CMRR12=CMRR1CMRR2/︱CMRR1CMRR2︱ （66）式中的CMRRCMRR2分別為NN2的共模抑制比。由輸入級(jí)電路可寫出流過(guò)Ro，R1，R2的電流為 （62）由此求得 ， （63）于是，輸入級(jí)得輸出電壓，即運(yùn)算放大器N2與N1輸出之差為 （64）其差模增益為 （65）由上面公式可知，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在Ro兩端相互抵消，因此電路具有良好的共模抑制能力，又不要求外部電阻匹配。結(jié)合以上幾點(diǎn)，采用了低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成的三運(yùn)放高共模抑制比放大電路。否則，放大器將有共模誤差輸出，其大小既與外接電阻對(duì)稱精度有關(guān)，又與運(yùn)算放大器本身的共模抑制能力有關(guān)。端口9輸出的是方波，端口2輸出的是正弦波來(lái)自傳感器的信號(hào)通常都伴隨著很大的共模電壓（包括干擾電壓）。位器為多圈電位器。根據(jù)橋式電路輸出為 （61）電橋電壓靈敏度為 （62）電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)變片的連接如右圖所示。、連接方法可以減小這種影響。測(cè)量電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算依照課程設(shè)計(jì)中的方案選擇知使用的電橋?yàn)槿珮螂娐?。基底是在箔的另一面涂上樹脂膠，經(jīng)過(guò)加溫聚合而成，～。本次設(shè)計(jì)采用有機(jī)粘結(jié)劑。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂，聚酰亞胺等。常用的粘結(jié)劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。使用金屬應(yīng)變片時(shí)，也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個(gè)方向和位置上。對(duì)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。基底材料有紙基和膠基。（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(duì)位置，蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對(duì)位置，還可保護(hù)敏感柵。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(shí)它的Ks對(duì)應(yīng)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(jìn)入塑性范圍后，亦基本保持為常數(shù)。(1)材料的選用原則 應(yīng)變計(jì)敏感柵合金材料的選擇對(duì)制作應(yīng)變計(jì)性能的好壞起著決定性的作用，因此對(duì)制作應(yīng)變計(jì)所用的應(yīng)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(jī)械強(qiáng)度高，壓碾或拉伸性能好，高溫時(shí)耐氧化性能要好，耐腐蝕性能強(qiáng)；e與其它金屬接觸的熱電勢(shì)??；f與引出線焊接容易。第三是粘合劑，它將電阻絲與基底粘貼在一起。第二是基底和面膠（或覆蓋層）。它由四個(gè)部分組成。故選用金屬箔式應(yīng)變片。由于電阻絲式應(yīng)變片有橫向效應(yīng)對(duì)測(cè)量的精度有影響，使靈敏度降低，而且耐疲勞性能不高。在實(shí)際計(jì)算時(shí)先按照額定載荷F，根據(jù)材料的參數(shù)求得[]=540MPa，取D=根據(jù)可得取d＝這樣空心管的壁厚為：t＝柱高的確定對(duì)于圓柱筒式傳感器有 5cm為了防止彈性元件受壓時(shí)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，柱高應(yīng)該選得小些，但又必須使應(yīng)變片能夠反映截面應(yīng)變的平均值，所以可取H=檢驗(yàn)是否會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)，根據(jù)薄壁管的失穩(wěn)臨界應(yīng)力計(jì)算公式可得
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