【正文】 應(yīng)變符號(hào)相反；如圖2所示：圖2該電橋的輸出電壓Uo為若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，則上式簡化為：由上式可知，Uo與ΔR2/R2成線性關(guān)系，所以差動(dòng)電橋無非線性誤差。Ku與橋臂比n有關(guān)。應(yīng)變片工作時(shí)，其電阻變化△R，此時(shí)有不平衡電壓輸出。直流電橋四臂電橋電路如下圖所示。電路調(diào)零調(diào)幅電路和電橋轉(zhuǎn)換電路如圖所示，通過調(diào)節(jié)R9可以調(diào)節(jié)電橋的供電電壓，并且可以在任何時(shí)候把電路調(diào)零，所以該電路稱為調(diào)零調(diào)幅電路。但是應(yīng)變片流過電流太大，其發(fā)熱增大，受應(yīng)變片允許功耗的限制。通常采用電橋?qū)崿F(xiàn)微小阻值變化的轉(zhuǎn)換。因此在受壓軸上的受壓頭的軸肩處使用氈圈進(jìn)行油封；在外殼的上邊緣處使用橡膠墊圈進(jìn)行密封具體尺寸如下：根據(jù)《機(jī)械課程設(shè)計(jì)》表169可知：氈圈選用尺寸為：內(nèi)徑d=29mm，外徑D=42mm，氈圈厚b=5mm的零件。（3） 受壓頭的選材根據(jù)要求，受壓頭要有較大的剛度和強(qiáng)度，因此選用合金鋼(65Mn)作為受壓元件的材料。（1） 外殼與底座的選材根據(jù)要求，外殼和底座需要有一定的剛度和強(qiáng)度，這里采用聯(lián)體設(shè)計(jì)，選用不銹鋼(LY12)作為材料。（2） 上蓋與外殼選用螺紋連接：根據(jù)工作要求，選用螺距P=1mm的螺紋。六、外殼尺寸確定聯(lián)接的要求：（1） 機(jī)械上是堅(jiān)固的，不怕振動(dòng)；（2） 避免熱應(yīng)力對(duì)芯片的影響；（3） 電氣上芯片與環(huán)境或大地是絕緣的，或芯片與大地是電連接的；（4） 氣密且耐水壓力的。高度H=42mm6. 傳感器的靈敏系數(shù)的確定根據(jù)公式：S=(1＋2μ)KF/(2AE)103其中：μ為材料的泊松比（）；F為傳感器的額定負(fù)荷；K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；E為材料的彈性模量；A為彈性元件貼片部位的截面積。由σ=?E=1011=109pa。過渡部分的圓弧半徑不可太小，以避免造成應(yīng)力集中而影響疲勞壽命。兩端的剛度要足夠。因?yàn)槭芰γ娣e較小，故受壓軸使用圓筒式結(jié)構(gòu)。則σ＝εE＝1011Pa＝109Pa。當(dāng)支反力N和橫向力P1=pdl兩力平衡時(shí)，則（44）所以（45）徑向應(yīng)力σ1為（46）比較軸向應(yīng)力σ2和徑向應(yīng)力σ1有（47）所以（48）因此，工作應(yīng)變片應(yīng)該沿圓周方向粘貼。所以σ1和σ2都是主應(yīng)力，垂直于ABCD方向的壓力產(chǎn)生的應(yīng)力σ3σ1和σ2，故可忽略不計(jì)。為了消除基底端部過度區(qū)的影響，要求應(yīng)變片基底長度Ld至少比柵長Lj大2a，故設(shè)Ld=Lj＋2a，所以a=(Ld－Lj)/2=(4－2)/2=1mm，所以基底及粘界劑層的厚度δ=a/2=。[ε2]根據(jù)《新編傳感器技術(shù)手冊(cè)》中的日本新興通信工業(yè)株式會(huì)社的傳感器資料，在實(shí)際的應(yīng)用中可參照新興通信株式會(huì)社公司生產(chǎn)的型號(hào)BFAE2J12的應(yīng)變片，其特性參數(shù)如下表所示：系列型號(hào)額定電阻(Ω)應(yīng)變片基長(mm)絲柵尺寸基底尺寸靈敏系數(shù)長寬全長全寬BFAE2J12177。主要問題是，尚難控制其電阻與溫度和時(shí)間的變化關(guān)系。金屬薄膜應(yīng)變片它是采用真空蒸鍍或?yàn)R射式陰極擴(kuò)散等方法，在薄的基底材料上制成一層金屬電阻材料薄膜以形成應(yīng)變片。由于它的厚度薄，因此具有較好的可繞性，靈敏度系數(shù)較高。它的主要缺點(diǎn)是電阻值的分散性大，有的能相差幾十歐坶，故需要作阻值調(diào)整。（3）橫向效應(yīng)可以忽略。（2）與被測(cè)試件接觸面積大，粘結(jié)性能好?！?，它的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1電阻絲兩端焊有引出線，使用時(shí)只要將應(yīng)變片貼于彈性體上就可構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。五、電阻應(yīng)變片的選擇金屬電阻應(yīng)變片此類應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)形式有絲式、箔式和薄膜式三種。由上我們可知17－4PH不銹鋼屈服強(qiáng)度σs=109Pa，彈性模量E=1011Pa，因它為塑性材料，則安全系數(shù)ns＝～，取ns＝。這個(gè)等級(jí)不能用于高于300 0C (572 0F) 或非常低的溫度下，它對(duì)大氣及稀釋酸或鹽都具有良好的抗腐蝕能力，它的抗腐蝕 能力與304 和430 一樣。查《新編傳感器技術(shù)手冊(cè)》表71得以下是三種彈性體材料的特點(diǎn)：材料鈹青銅QBe217－4PH不銹鋼恒彈性合金3J53密度gcm3屈服極限MPa103018501250彈性模量MPa134103195103G=70103線膨脹系數(shù)at/106℃1－泊松比機(jī)械品質(zhì)因數(shù)≥1000彈性模量溫度系數(shù)35105/℃根據(jù)應(yīng)變式荷重傳感器——柱式傳感器使用特性和性能指標(biāo)，本設(shè)計(jì)使用17－4PH不銹鋼作為彈性元件的制造材料，主要原因是17－4PH不銹鋼具有以下優(yōu)點(diǎn)：174PH合金是沉淀、淬水、馬氏體的不銹鋼，和這個(gè)等級(jí)具有高強(qiáng)度、硬度（高 達(dá)300 0 C/5000 C）和抗腐蝕等特性。彈性元件的要求在設(shè)計(jì)傳感器以前，首先應(yīng)選擇好彈性元件材料。在傳感器工作過程中，一般是由彈性敏感元件首先把各種形式的非電物理量變換成應(yīng)變量或位移量等，然后配合各種形式的轉(zhuǎn)換元件，把非電量轉(zhuǎn)換成電量。1%和器件的應(yīng)用性，加工性，本課設(shè)最終選用圓柱筒應(yīng)變式荷重傳感器。相對(duì)于實(shí)心圓柱體，空心圓筒在同樣的橫截面情況下，橫向剛度大，橫向穩(wěn)定性好。應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力均勻的中間部分，并均勻?qū)ΨQ地粘貼多片。環(huán)式彈性元件包括典型的圓環(huán)式、扁環(huán)式、柱環(huán)式等。另外梁的形式還有平行雙孔梁、工字梁、S型拉力梁等。適合于測(cè)5000N以下的載荷，也可以測(cè)量小的壓力。（2） 梁式傳感器梁式力傳感器有多種形式，有等截面梁，等強(qiáng)度梁和雙端固定梁等，通過梁的彎曲變形測(cè)力，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度較高?？梢韵d荷偏心和側(cè)向力對(duì)輸出的影響。當(dāng)外加力作用點(diǎn)發(fā)生偏移時(shí)，一面的剪切力減小，一面增加，其絕對(duì)值之和仍然是不變的常數(shù)。應(yīng)變式力傳感器的彈性元件有輪輻式，梁式，環(huán)式，柱式等，下面對(duì)這幾種應(yīng)變式力傳感器進(jìn)行分析比較：（1） 輪輻式傳感器外加載荷作用在輪的頂部和輪圈底部，輪輻上受到純剪切力。應(yīng)變片的規(guī)格以面積和阻值表示。金屬電阻應(yīng)變片由敏感柵、基片（底）、覆蓋層和引線等部分組成。忽略壓阻效應(yīng)，并根據(jù)有關(guān)的力學(xué)應(yīng)變關(guān)系可得到公式如下： （24）上式為“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式，K0為金屬電阻的靈敏系數(shù)，通常金屬絲的靈敏系數(shù)K0=2左右?，F(xiàn)對(duì)應(yīng)變片傳感器的工作原理作簡單介紹；當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬電阻的電阻應(yīng)變效應(yīng)。三、 傳感器方案的確定：測(cè)力范圍：0～1105N；稱量精度：177。 綜上所述，結(jié)合本次課程設(shè)計(jì)的參數(shù)要求和各傳感器的特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合的比較，應(yīng)變式測(cè)力與稱重傳感器無論在數(shù)量上，還是在應(yīng)用領(lǐng)域方面，它與其它類型的力與