传感器原理及应用
课程设计一、课程设计目的课程设计的目的主要是通过设计环节的实际训练，加深学生对该课程基础知识和基本理论的理解和掌握，培养学生综合运用所学知识的能力，使之在理论分析、设计、计算、制图、运用标准和规范、查阅设计手册与资料以及计算机应用能力等方面得到初步训练，促进学生养成严谨求实的科学态度。二、课程设计任务题目:基于电阻应变片的×××传感器设计初始条件：采用电阻应变片设计测量力、压力、加速度、位移等物理量的传感器，要求根据被测变量及其量程范围，设计弹性元件的结构形式，合理选择应变片的型号、数量、粘贴方式，并完成相关测试电路的设计。金属电阻应变片被测量弹性敏感元件应变ε、应力σ、挠度y测量电桥电阻应变式传感器组成原理框图电阻变化ΔR电源可用电量U、I、f处理显示机械结构设计计算（优化设计）传感器的选型电路设计及仿真调试金属电阻应变片被测量弹性敏感元件测量电桥电阻应变式传感器组成原理框图电源H1(s)H2(s)H3(s)X(s)Y1(s)Y2(s)Y(s)传递函数：Y(s)X(s)=H1(s)H2(s)H3(s)=H(s)处理显示总灵敏度：K=K1·K2·K3总误差：三.设计步骤1.根据任务书要求，进行方案设计设计总原则：灵敏度设计，强度校核。悬臂梁式传感器柱式传感器轮辐式式传感器平行梁式传感器圆板式传感器波纹管式传感器?S型传感器（1）轮辐式（剪切力）（2）双孔平行梁式（弯曲力）（3）单孔剪切梁（剪切力）（4）S型弯曲或剪切（5）组合梁（弯曲式）（6）柱/筒式（正应力）荷重式拉压式（7）轮辐（圆板）式称重测力传感器（3）设计与计算;首先由确定的弹性元件计算作用力于某点时此处的应力大小并与材料的允许应力进行比较，选择合理的布片位置，其点尽可能为εmax点处;据弹性元件材料的许用弯曲应力[σ]和许用剪切应力[τ]取安全系数值;验证抗弯和抗剪强度重新取整尺寸;（2）材料的选择；2.弹性元件的设计与计算（1）结构的选择;确定贴片处;弹性元件的附件选取;注意问题：形状简单的梁，在单向应力（零至最大的循环）下工作，为了保证107次以上的寿命，许用应力[σ]应取弹性极限的2/3以下；形状复杂的弹性元件，如膜盒、波纹管等，在多变应力下工作，为了减小滞后，许用应力至多只能取弹性极限的1/3左右；对于长期受载和测量用的弹簧，也应取较低的许用应力（如取弹性极限的1/5）；承受静载荷的弹性元件，许用应力可以允许接近弹性极限。3.应变片的选择计算（1）选取R值;（2）选材（线膨胀系数βt、寸选择。4.外型（外观）设计电阻温度系数αt、机械性能等确定）;（3）据使用场合、范围选形式;（4）据使用场合、范围选基底、引线材料和粘合剂;（5）应变片的主要参数、尺外壳、固定、输入输出等。注意装配关系表达清楚，标注装配尺寸、外观尺寸、材料等。5.测量电路的设计与计算（1）桥路的设计计算;注意：供桥电压的选择应考虑①应变片的面积；②应变片的电阻；③传感器的散热能力；④环境温度；⑤应变片的类型；⑥传感器（测试对象）的材料等。对全桥：(2)放大电路的设计与参数计算;(3)其它相关电路（如检波、滤波、电源等）的设计与参数计算;Rg：应变片电阻；Fg：敏感栅面积；PG：敏感栅上的功率密度，可取PG=（1.6~3.1）×10-3W/mm28.附图电路原理图（A3号图纸）;机械制图标准绘制机械装配图（A3号图纸）、弹性元件图（A4号图纸）.6.误差来源与精度分析方法：分析系统各环节误差，说明有无采取补偿措施。估算出各环节误差后按误差合成的公式算出总误差。7.按学校课程设计说明书撰写规范撰写课程设计说明书;说明书约5000字。注意不要抄教材基本内容。写清楚设计思路、计算过程，如弹性元件选择计算、电路分析及参数计算、系统特性分析计算、误差分析计算等。四、时间安排序号内容所用时间1布置课程设计任务.查阅资料1天2弹性元件设计2天3敏感元件设计1天4测量电路和图纸4天5误差分析1天6撰写设计说明书1天五、参考书传感器技术手册主编：袁希光国防工业出版社1986年应变电测与传感技术主编：郑秀瑗，国防工业出版社1985年电阻应变式传感器