电阻式传感器应用电路设计电阻式传感器应用电路设计.doc

课 程 设 计 课 程 传感器课程设计 题 目 电阻式传感器应用电路设计 院 系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师  摘 要 在一些工程实践中，我们不免对力进行测量，在众多测力传感器中，电阻式传感器以其体积小、灵敏度高、频率响应范围大等众多优点得到了广泛的应用。 本设计选用应变式电阻传感器。应变式电阻组成全桥差动电桥，当电阻受到力的作用时，电阻会发生形变导致阻值发生变化，从而使电桥失去平衡产生一个输出值，输出值经放大器放大后，经A/D转换送入单片机，然后由单片机分析处理显示。经过多次测试，证实该系统能长时间稳定工作，完全满足设计要求指标。 本设计能学以致用，充分了解电阻式触感器的应用原理，理论联系实际，能够加深对传感器的理解。 关键词：应变式电阻；放大器；单片机；A/D转换 目 录  TOC \o 1-2 \u 一、设计要求  PAGEREF _Toc328578233 \h 1 1、功能与用途  PAGEREF _Toc328578234 \h 1 2、课题意义及产品发展现状  PAGEREF _Toc328578235 \h 1 二、方案设计  PAGEREF _Toc328578236 \h 1 1、方案说明  PAGEREF _Toc328578237 \h 1 2、方案论证  PAGEREF _Toc328578238 \h 2 三、电阻应变片式传感器工作原理  PAGEREF _Toc328578239 \h 2 四、电路的工作原理  PAGEREF _Toc328578240 \h 3 五、单元电路设计、参数计算和器件选择  PAGEREF _Toc328578241 \h 4 1、单元电路设计  PAGEREF _Toc328578242 \h 4 2、参数计算  PAGEREF _Toc328578243 \h 6 3、器件选择  PAGEREF _Toc328578244 \h 6 六、总结  PAGEREF _Toc328578245 \h 7  一 、设计要求 1、功能与用途 电阻式传感器就是利用非电学量（如力、位移、加速度、角速度、温度、光照强度等）的变化，引起电路中电阻的变化，从而把不易测量的非电???量转化为电学量，便于测量，且可以输入计算机进行处理，做这种用途的电阻称为电阻式传感器。大致分为电阻应变式、压阻式、热电阻式、磁电式、光敏电阻式。如将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应变和应力。例如，研究或验证机械、桥梁、建筑等某些构件在工作状态下的应力、变形情况。或将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。这种传感器常用来测量力、位移、加速度等物理参数。 2、课题意义及产品发展现状 电阻式传感器和相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。随着人们对测量要求的提高，传统的机械测力方式已不能满足人们的要求，电阻式传感器以其体积小、灵敏度高、频率响应范围大、可靠性好等众多优点得到了广泛的应用。 二、方案设计 1、方案说明 方案一：压电式测力 基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。 应用原理：压电效应。某些物质，当沿着一定方向对其加力而使其变形时，在一定表面上将产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态。当作用力方向改变时，电荷极性也随之改变。这种机械能转化为电能的现象称为正压电效应或顺压电效应，参考电路如图1所示。 优点：压电式传感器具有反应速率高，灵敏度较强，重复性好，频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。 应用领域：压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的非电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等领域得到了广泛的应用。