电阻传感器课程设计--电阻式传感器应用电路设计.docVIP

课 程 设 计 2011年 7 月 15日 任务书 课程 传感器课程设计 题目 电阻式传感器应用电路设计 专业 测控技术与仪器 姓名 学号 6 主要内容：电阻在压力的作用下发生形变，然后电阻应变计将变形转换为电阻值的变化，可以自动干手器的设计 1 一、设计要求 1 二、设计方案及其特点 1 三、传感器工作原理 3 四、自动干手器电路图 3 五、自动干手器的参数选择 6 六、总结 8 一、设计要求 1、功能与用途 电阻应变式传感以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。本世纪初，称重传感器的设计水平、可靠性和产业化程度迅速提升。在这个电子衡器产品竞争日趋激烈、称重传感器市场日趋国际化的新形势下，我国的企业要想打入国际市场、参与国际竞争，就应使产品本身具有国际一流的质量，特别是应具有适合国际市场需求的计量管理能力。从这个意义上讲，产品取得了国际法制计量组织的OIML证书，就相当于拿到了进入国际市场的准人证。，长度为,截面积为S，在未受力时的电阻值为 R= ----- ① 如图二所示，电阻丝在拉力F作用下，长度增加，截面S减少，电阻率也相应变化，将引起电阻变化△R，其值为 =—＋ ----② 对于半径r为的电阻丝，截面面积S=，则有=。令电阻丝的轴向应变为，径向应变为－，由材料力学可知，为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得 =（1+2 ----③ 通常把单位应电所引起的电阻相对变化称为电阻丝的灵敏系数，其表达式为 = ----④ 从④可以明显看出，电阻丝灵敏系数由两部分组成：受力后由材料的几何尺寸受力引起；由材料电阻率变化引起的。对于金属丝材料，项的值比小很多，可以忽略，故。大量实验证明，在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即为常数。 通常金属丝的=1.7～3.6。④可写成 = ----⑤ 三、传感器工作原理 电阻应变式传感器为本课程设计的主要部件，传感器中的弹性元件感受物体的重力并将其转化为应变片的电阻变化，再利用交流全桥测量原理得到一定大小的输出电压，通过电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，在显示表头中将电压改为质量即可实现对物品质量的称重。 本次课程设计所测质量范围是0-10kg，同时也将后续处理电路的电压处理为与之对应的0-10V。由于采用了交流电桥，所以后续电路包括放大电路，相敏检波电路，移相电路，波形变换电路，低通滤波电路（显示电路本次未设计）。 原理框图如图一所示。 图一 原理框图 四、电阻应变式质量传感器电路图 图二 原理电路图 五、电阻应变式质量传感器的参数选择 1、总体描述 电阻应变片（金属丝、箔式或半导体应变片）粘贴在测量压力的弹性元件表面上，当被测压力变化时，弹性元件内部应力变形，这个变形应力使应变片的电阻产生变形，根据所测电阻变化的大小来测量未知压力，也实现本次设计未知质量的检测。 2、元器件选择 为了实现对应变片的温度补偿，因此选择全桥电路作为测量电路，将4片应变片接入电桥。桥路图如图四所示。其次，考虑到连线导线分布电容的影响及交流电桥的初始平衡性问题（无称重时电桥输出应为零），应在桥路中采取调零电路。桥路接法如图四所示，R5和C2即是实现调零用的，取C2=1uF，R5=1.8kΩ。电桥输出为。交流电源频率选择为5KHZ,现使桥路最大输出为10mV，则电压幅值为： 图三 交流电桥 由于传感器输出的电压比较小，因此需对其进行放大使之满足后续电路的处理要求。 鉴于传感器输出可能杂有共模电压，为此，选取具有高共模抑制比的AD620作为放大器来达到净化信号电压和充分节约成本和制造的空间的目的。 电路图如图四所示。 图四 放大电路 其放大增益为： 为了将10mV的电压放大到10V，需要放大1000倍，为此选择分配级为 这里放大50倍，因此解得R4=1.008kΩ。 3、元器件清单 表1 元器件清单 编号 名称 型号 数量 Q1 场效应管 2N3370 1 U1A 集成电路 AC620AD 1 U2A 集成电路 LM329AD 1 U3A,U4A,U5A 集成