【正文】 D=42mm，氈圈厚b=5mm的零件。通常采用電橋?qū)崿F(xiàn)微小阻值變化的轉(zhuǎn)換。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。 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。 18/ 29 直流電橋 四臂電橋電路如下圖所示。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。 Ku 與橋臂比 n 有關(guān)。 半橋差動(dòng)電橋 根據(jù)被測(cè)試件的受力情況， 若使一個(gè)應(yīng)變片受拉力，一個(gè)受壓力，則二者所受到的應(yīng)變符號(hào)相反；如圖 2 所示： 圖 2 19/ 29 該電橋的輸出電壓 Uo 為 2 2 41 1 2 2 3 4R R RU o E R R R R R R????????? ? ? ? ? ??? 若 ΔR1=ΔR2， R1=R2， R3=R4，則上式簡化為： 1222RUo E R?? 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。 全橋 差動(dòng)電橋 若給電橋的四臂接入四片應(yīng)變片，使兩個(gè)橋臂應(yīng)變片受到拉力，兩個(gè)橋臂應(yīng)變片受到壓力，將兩個(gè)應(yīng)變符號(hào)相同的接入相對(duì)橋臂上，則構(gòu)成全橋差動(dòng)電路，若滿足 R1=R2=R3=R4，ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，則輸出電壓為： 11RUo E R?? 將上式與其他電橋輸出相比可知，電壓靈敏度比直流電橋提高了 4 倍，比半橋差動(dòng)電路提高了一倍，因此負(fù)載能力增強(qiáng)。通過加上橫向應(yīng)變片可進(jìn)行溫度補(bǔ)償。39。 39。則有： )（2 ）1（ EA FRkR uUUo ??????? = )(1202 )(5 1124 Pam FV ????????? ?? ? 當(dāng)最大輸入負(fù)載 F＝ 1 510 N 時(shí)，輸出電壓值為 20/ 29 式中： k—— 應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)； F—— 負(fù)載的壓力。電橋放大電路有單端輸入和差動(dòng)輸入兩類。 差動(dòng)輸入電橋放大電路的特點(diǎn)為：當(dāng)電橋四個(gè)橋臂的電阻同時(shí)變化時(shí)，電路的電壓放大倍數(shù)不是常量，增益也不穩(wěn)定。當(dāng)共模電壓較大時(shí)，輸入信號(hào)將被淹沒。 在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 要將輸入信號(hào)放大到 10 倍左右； 所選用的單片式運(yùn)放的增益穩(wěn)定性。 拉 /壓力傳感器接成電橋，常用差動(dòng)放大器進(jìn)行放大。 本設(shè)計(jì)選擇兩個(gè)運(yùn)放高共模抑制比放大電路，它由兩個(gè)集成運(yùn)算放大器組成，其中 N N2為兩個(gè)性能一致（主要指輸入阻抗、共模抑制比和增益）的同相輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱差動(dòng)放大器輸入級(jí)， N3 構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來進(jìn)一步抑制 NN2 的共模信號(hào)，并適應(yīng)接地負(fù)載 的需要。 同時(shí)在 N1,N2 的輸入端分別加了 RC 低通濾波器以濾掉高頻干擾信號(hào)。 21/ 29 從圖中可以看到 A A2 兩個(gè)同相運(yùn)放電路構(gòu)成輸入級(jí)，在與差分放大器 A3串聯(lián)組成三運(yùn)放差分防大電路。 (2)在保證有關(guān)電阻嚴(yán)格對(duì)稱的條件下 ,各電阻阻值 的誤差對(duì)該電路的共模抑制比 KCMRR沒有影響 。 因?yàn)殡娐分?R1=R R3=R R5=R6 ，故可導(dǎo)出兩級(jí)差?？傇鲆鏋椋? 35P1pi2i1ovd RRR 2RRuu uA ???????? ????? 通常，第一級(jí)增益要盡量高，第二級(jí)增益一般為 1~2倍，這里第一級(jí)選擇 100倍，第二級(jí)為 1倍。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。 A1和 A2應(yīng)選用低溫飄、高 KCMRR的運(yùn)放，性能一致性要好。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：（電阻精度 %） R12(Ω ) R13(Ω ) R16(Ω ) R19(Ω ) R20(Ω ) 100K 100K 10K 50K 由上表計(jì)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(shí)，電橋轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓范圍為： 當(dāng)壓力 F=100000N時(shí)，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(yùn)放輸出： VmVU 全橋運(yùn)放 ????? 其它依次類推可以求得 ,下面是測(cè)試所得的一個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)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(shí)際 理論 實(shí)際 10000 20210 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 表 61 壓力理論值與實(shí)際值的比較 24/ 29 用 MATLAB 實(shí)現(xiàn)的 F— V特性圖 matlab 程序 壓力 matlab 程序： f=[10000:10000:100000]。 V1=[、 、 、 、 、 、 、 、 、 ]。 plot(f,v1,f,V1,39。)。F/N 39。ylabel(39。)。電橋輸出 FV 圖 39。 text(10000,22,39。) grid。 V2=[、 、 、 、 、 、 、 、 、 ]。 plot(f,v2,f,V2,39。)。F/N 39。ylabel(39。)。差動(dòng)輸出 FV 圖 39。 text(10000,39。) grid。 25/ 29 八、傳感器精度驗(yàn)證 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書要求稱量精度：177。 彈性元件的公差等級(jí)為 IT7，這說明外徑 D=~， d=~ 當(dāng) D=， d=，此時(shí)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(shí)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(cè)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(shí)際 理論 實(shí)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(shí) 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(shí)際 理論 實(shí)際 10000 20210 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 用 matlab做出曲線如下 f=[10000:10000:100000]。 V1=[,]。 subplot(121)。r39。 xlabel(39。)。V 39。title(39。)。 曲線圖： 27/ 29 由圖算出誤差為： δ =%1% 因此設(shè)計(jì)滿足要求。一路走來，有笑有累，但更加享受的是一個(gè)團(tuán)隊(duì)同心協(xié)力，互相學(xué)習(xí)，共同把項(xiàng)目做好的過程。我們?cè)诖_定各種數(shù)據(jù)的時(shí)候遇到了一些問題，通過老師的講解使我們更加深了對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的理解。 通過這次課程設(shè)計(jì)， 我對(duì)《傳感與檢測(cè)技術(shù)》以及《測(cè)控電路》《工程制圖》等基礎(chǔ)知識(shí)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(shí)，獲得了新的經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)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）