電阻應(yīng)變片的壓力傳感器設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2024-08-11 11:08本頁(yè)面
【正文】 ，同時(shí)精選外接電阻，盡量使R10=R1R12=％內(nèi)。但為了消除N1，N2片偏置電流等的影響，通常取R7=，這種電路還具有增益調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)R14可以改變?cè)鲆娑挥绊戨娐返膶?duì)稱性。 三運(yùn)放高共模抑制比放大電路它由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成，其中N1，N2為兩個(gè)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(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱（或稱同向并聯(lián)型）差動(dòng)放大輸入級(jí)，N3構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來(lái)進(jìn)一步抑制N1，N2的共模信號(hào)，并適應(yīng)接地負(fù)載的需要。一般運(yùn)算放大器共模抑制比可達(dá)80dB，而采用由幾個(gè)集成運(yùn)算放大器組成的測(cè)量放大電路，共模抑制比可達(dá)100～120dB。一般采用差動(dòng)輸入集成運(yùn)算放大器來(lái)抑制它，但是必須要求外接電阻完全平衡對(duì)稱，運(yùn)算放大器才具有理想特性。ICL8038的波形發(fā)生器是一個(gè)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(fù)頻率) , 調(diào)頻及掃描可以由同一個(gè)外部電壓完成. ICL8038精密函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢(shì)壘二極管等先進(jìn)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(gè)芯片和鎖相回路作用， 具有在發(fā)生溫度變化時(shí)產(chǎn)生低的 頻率漂移，最大不超過(guò)250ppm／℃特點(diǎn)：具有在發(fā)生溫度變化時(shí)產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過(guò)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(diào)；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(hào)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%。此外，由于在零壓力時(shí)，傳感器大約有2mV的不平衡輸出，并且放大器有輸入失調(diào)電壓，因此，用組成的電橋電路進(jìn)行零位調(diào)整。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)槿珮螂娐贰；资窃诓牧硪幻嫱可蠘?shù)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(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)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?；撞牧嫌屑埢湍z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)?。籪與引出線焊接容易。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：遠(yuǎn)大于[]=540MPa，故在超過(guò)量程50%的載荷作用下，不會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)。=max[S1 ，S2]= 當(dāng)傳感器過(guò)載50%時(shí)，根據(jù)公式可求的所以知超載50%時(shí)，彈性元件受到的應(yīng)力在許用應(yīng)力范圍內(nèi)。ε,取ε0=1000181。常用材料：結(jié)構(gòu)鋼CrNiMo,30CrMnSiNi2A）、鋁合金、鈦合金……。 彈性元件材料在設(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(guò)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。電路轉(zhuǎn)換部分一般電橋的輸出電壓為 (310)如圖3. 2，兩臂差動(dòng)電橋電路的電壓輸出為… （311)設(shè)初始時(shí),工作時(shí)一片受拉一片受壓，即,則式（311）可以簡(jiǎn)化為 （312）差動(dòng)電橋電壓靈敏度為 （313）同理若采用四臂電橋，工作時(shí)時(shí)，輸出為 （314）四臂電橋的電壓靈敏度為 （315）通過(guò)比較其電壓靈敏度知四臂電橋（全橋）電路的靈敏度高，故選用四臂電橋電路。試驗(yàn)研究的結(jié)果建議采用 H 2D+L (38)式中L為應(yīng)變片的基長(zhǎng)。由材料力學(xué)可知，高度對(duì)沿其橫截面的變形有影響。同理 (35)式中：D——空心圓柱外徑； d——空心圓柱內(nèi)徑。 實(shí)心圓柱與空心圓柱 由于 F / S≤[σ] (32)而 S=πd2 / 4 (33)式中d為實(shí)心圓柱直徑。
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