电阻应变式称重传感器.doc

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1、电控学院传感器课程设计院（系）：专业班级：姓名：学号：指导教师：2012年1月3日目录1任务12原理12.1电阻应变片的工作原理12.2运算放大电路的工作原理13内容23.1电路图23.2器件选择23.2.1Op07运算放大器23.2.2电阻应变片34参数计算34.1电路放大倍数34.2测量结果35心得体会4电阻应变式称重传感器称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。电阻应变式称重传感器是基于应变效应，在外力作用下，粘贴于弹性体表面的应变片，跟弹性体一起产生形变，应变片产生形变后，其阻值会发生变化，测量电路

2、将阻值的变化转化成电信号输出，从而间接得测量出外力。从以上可以看出，电阻应变式称重传感器主要由弹性体、应变片与测量电路三部分组成。1任务本次课程设计要求利用电阻应变式传感器设计称重仪，称重量程0~10kg,要求电路电压的输出值与被测物体的质量有关，并消除零漂。2原理2.1电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：（式2-1）式中：——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）  L——导体的长度（m）

3、 以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。2.2运算放大电路的工作原理由于电桥的输出在毫伏级，给测量带来不便，因此需要利用op07将此电压差放大，便于测量。Op07适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件

4、下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。图2-1运算放大器电路3内容3.1电路图图3-1电阻应变式传感器称重电路这个电路通过对双孔梁所加重量使应变片的阻值发生改变，电阻变化又转变为电压输出，即把重量信号转变成电信号。应变片的阻值变化很小，所以要经过同相放大器放大。我们通过输出电压，来反映重量的大小。如下图3-2是称重传感器的输出信号U0，即放大器的输入信号。图3-2粘贴好应变片的双孔梁此电路通过对双孔梁所加重量使应变片的阻值发生改变，电阻变化又转变为电压

5、输出，即把重量信号转变成电信号。3.2器件选择3.2.1Op07运算放大器OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4为+VCC，5空脚，6为输出，7为-VCC。OP07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环

6、增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等OP07的特点：超低偏移：150μV最大。 低输入偏置电流：1.8nA。 低失调电压漂移：0.5μV/℃。 超稳定，时间：2μV/month最大 高电源电压范围：±3V至±22V3.2.2电阻应变片电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少。电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率

7、（长度相对变化）之间成比例的关系。需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便，常常把它的百万分之一作为单位，记作με。4参数计算4.1电路放大倍数运算放大器电路如图4-1所示:图4-1运算放大器电路（式4-1）4.2测量结果表4-1测量数据表重量/kg12345678910输出电压/V2.943.023.15

8、3.263.343.453.583.693.743.82由表中数据可得出双孔梁上所加重量与输出电压呈线性关系。5心得体会本次传感器课程设计是我进入大学以来的最重要的一次课程设计，它为我敲响了警钟，让我深刻意识到了实际操作的重要性，我更加深刻的体会到了光靠书本及上