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前言传感器是__规定的被测量并按照一定的规律转换成可用__(通常为电__)的器件或装置,传感器是发展仪器仪表、自动控制和广泛应用计算机的前提条件《传感器原理与应用》课程主要研究各类传感器的工作原理、简单结构以及实际的应用本课程设计时间为两周,课程设计旨在培养学生的综合应用能力,通过本实践环节,使学生加深对理论知识的理解,加深对传感器性能、检测电路的形式与配接、__的分析与处理等内容的了解,使学生对测控系统的应用与设计有感性认识,为后续课程、毕业设计和工程实践服务本文设计了一个电阻应变式的称重传感器电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电__(电压或电流),从而完成了将外力变换为电__的过程电阻应变式传感器是目前应用最广泛的传感器之一,已广泛地应用于__、机械、电力、化工、建筑、医疗等领域中的力、压力、力矩以及位移、加速度等参数的测量目前,无论在数量上还是在应用领域上,与其他传感器相比都具有重要的地位其主要优点是结构简单,使用方便,灵敏度高,性能稳定,可靠,测量速度快,适合静态、动态测量尚延臣2009年6月23日目录TOC\o1-3\h\z\u第1章电阻应变式称重传感器的原理
11.1称重传感器的组成部分
31.2工作原理3第2章电阻应变片的设计
42.1应变片的工作原理
52.2应变片的结构选择5电阻丝应变片5箔式应变片6半导体应变片
62.3应变片的材料选择7电阻敏感栅材料选择7基底、引出线材料选择
82.4应变片的参数9应变片基长9应变片的电阻值9应变片的绝缘电阻、允许电流、应变极限9第3章传感器弹性元件的设计
113.1弹性元件的选择
113.2双孔梁受力分析
113.3弹性元件材料选择
143.4双孔梁的尺寸选择15第4章变换检测电路设计
174.1桥路的设计
174.2放大电路的设计
184.3检波、滤波电路的设计
184.4其他电路的设计与选择19第5章传感器的工艺设计
205.1应变片的粘贴工艺
215.2传感器的封装
215.3传感器装配21第6章误差源分析以及处理22第7章小结24____···································································21电阻应变式称重传感器设计第1章电阻应变式称重传感器的原理 电阻应变式称重传感器用于静态、动态条件下测力或称重在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用它是电子衡器的核心部件它的质量好坏是影响电子衡器计量准确度的主要因素在实际使用中由于受到原材料及制造工艺、__方法、使用条件及外部环境的影响很容易发生故障影响电子衡器计量数据的准确及稳定的运行因此了解称重传感器的基本原理及故障原因熟练掌握故障的分析判断技术是快速准确地处理电子衡器的故障保证其准确、稳定运行的关键
1.1称重传感器的组成部分称重传感器主要由电阻应变片、弹性体、检测电路三部分组成应变片是一种传感元件它的作用是将变形转变成电阻变化;弹性体是一个有特殊形状的结构件它的主要作用是将力转换为形变;检测电路的主要部件是惠斯登电桥它可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题其功能是把电阻应变片的电阻变化转变为相应的电__输出
1.2工作原理称重传感器的基本电路如图1所示可以推出:式中 、、、为应变片电阻;为传感器的输入__;为传感器的输出__当时我们称之为电桥平衡这时图1基本电路图称重传感器的输出电压=0mV物料重量通过电子衡器的秤体或料斗作用于称重传感器称重传感器的弹性体在外力作用下产生弹性变形使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形电阻应变片变形后它的阻值将发生变化增大或减小再经相应的检测电路把这一电阻变化转换为电__电压或电流输出从而完成将外力变换为电__的过程设====当受到重力作用后传感器的应变片电阻发生变化假设各桥臂阻值变化相同变量为即:、分别减小、分别增大时可以推出传感器的输出电压为:第2章电阻应变片的设计
2.1应变片的工作原理电阻应变敏感元件的转换原理是基于导线的电阻-应变效应由金属导体的电阻定律知,对于长度为、截__为、电阻率为的金属丝,其电阻结合材料的泊松比定律,经数学变换得金属丝电阻应变特性则金属丝灵敏系数故有另外由于应变片存在横向效应,因而对于应变片其中
2.2应变片的结构选择应变片的结构形式很多,但其主要组成部分基本相同其中较为典型的是丝式、箔式和半导体式此丝式结构应变片的结构图如图2所示图2电阻丝应变片1—基底2—敏感栅3—覆盖层4—引线此丝式结构应变片的优点制作简单、性能稳定、__便宜、易于粘贴缺点回线式应变片横向效应大,而短接式应变片焊点多,在冲击、振动条件下,易在焊接处出现疲劳破坏,对制造工艺的要求高此箔式应变片的结构图如图3所示图3箔式应变片结构图箔式应变片结构优点
(1)制造技术能保证敏感栅尺寸准确、线条均匀,可以制作成任意形状以适应不同的测量要求;
(2)粘合__大;
(3)敏感栅薄而宽,粘结情况好,传递试件应变性能好;
(4)散热性能好,允许通过较大的工作电流,从而增大输出__;
(5)敏感栅弯头横向效应可以忽略;
(6)蠕变、机械滞后较小,疲劳寿命高缺点工艺制作有些复杂此半导体应变片结构如图4所示图4半导体应变片结构图1—基底2—半导体敏感条3—外引线4—引线连接片5—内引线此结构式传感器优点灵敏系数大,动态特性好缺点重复性及温度、时间稳定性较差,应变时非线性严重,互换性差总结以上典型结构的优缺点比较,选择箔式应变片较好,所以我决定选择箔式应变片作为敏感元件,并且选择如图5所示结构的箔式应变片图5箔式应变片结构图
2.3应变片的材料选择电阻应变计主要由电阻敏感珊、基底和面胶或覆盖层、粘结剂、引出线五部分组成基底是将传感器弹性体表面的应变传递到电阻敏感栅上的中间介质,并起到敏感栅和弹性体之间的绝缘作用,面胶起着保护敏感栅的作用,粘结剂是将敏感栅和基底粘接在一起,引出线是作为联接测量导线之用电阻敏感栅可以将应变量转换成电阻变化应变计结构如图6所示图6所选应变片结构图1—覆盖层2—基底3—引线4—粘合剂5—敏感栅敏感栅合金材料的选择对制造电阻应变计性能好坏起着决定性的作用,因此它的材料选择要求如下
(1)有较高的灵敏系数,并且在较大的应用范围内保持不变;
(2)有高的和稳定的电阻率;
(3)电阻温度系数小,电阻—温度间的线性关系和重复性好,并有足够的热稳定性;
(4)机械强度高,__性能和焊接性能良好,与引线材料接触电势小;
(5)电阻变化率与机械应变具有良好而又宽广的线性关系;
(6)抗氧化、腐蚀性能强,无明显机械滞后目前没有一种金属材料能满足上述全部要求因此在选用时,只能给予综合考虑,常用的电阻合金大致有以下几种康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、铁镍铬合金、贵重金属等通过查阅资料以及对这几种材料的性能、成本对比,我选择康铜作为敏感栅材料康铜的性能如下:合金成分/%Cu55Ni45灵敏系数Ks
1.9~
2.1电阻率
0.45~
0.54电阻温度系数:±20*10-6线膨胀系数:15*10-6对铜热电势/μV/℃:43最高使用温度/℃:静态:250动态:400选康铜作敏感材料的理由如下首先这种材料最为常用电阻温度系数小且稳定,同时它的Ks值对应变值的稳定性高不但在变形的弹性范围内Ks值保持不变,在进入塑性范围后,亦基本保持为常数所以用康铜作为敏感栅的应变计灵敏系数K=2,且其测量范围大同时对康铜用不同的方法__,不同的热处理,或者改变合金成分的比例,可以改变它的电阻温度系数由负值到正值,利用这一特性可以制造温度补偿电阻应变计而且该材料制作的应变片尤适合长时间、大应变测量基底的作用是固定应变计的敏感栅,使它保持一定的几何形状,并使电阻敏感栅与弹性元件相互绝缘应变片基底越厚,基底材料弹性模量越小,引起的蠕变越大通常选用基底薄、基底材料的弹性模量较高的应变片,取基底厚度为
0.03~
0.05mm对基底材料性能的要求是
(1)机械强度高,挠性好;
(2)粘贴性能好;
(3)电绝缘性能好;
(4)热稳定性和抗湿性好;
(5)无滞后和蠕变玻璃纤维增强基底应变计__稳定性好、蠕变小、滞后小、耐热性好、疲劳寿命高,最适用于高精度测力或称重传感器上,因而我们选用玻璃纤维布作为基底材料引出线是连接敏感栅和测量线路的丝状或带状的金属导线,一般要求引出线材料具有低的稳定的电阻率及小的电阻温度系数常温应变计引出线多用镀银紫铜丝或铜带引出线与敏感栅的连接,可以用锡焊、电弧焊、电接触焊等我选用了康铜材料的敏感栅,且其使用条件无特殊要求,故采用银铜作引出线
2.4应变片的参数为了使测量误差减小,将展开为级数,并略去高阶小量后,可得粘贴在一定材料试件(为常量)上的应变片,对正弦波的响应误差随栅长和频率的增加而增大因而在设计、应用应变片时,就可按上式给定的、、三者的关系,根据给定的精度,来确定合理的或工作频率,即或其基长应尽量选取短的,这样可以更真实地测出被测部位的应变值,以提高测量精度对于钢材,,若令精度,最高工作频率代入上式可得故我取应变片栅长应变片的电阻值是指未__的应变片,在不同的外力作用下,在室温条件下测定的电阻值,也称为原始电阻值,单位为应变片电阻值国内标准有
60、
120、
350、600和1000等各种阻值,目前传感器生产中大多数选用120Ω或350Ω的应变片,但是由于大阻值应变片具有通过电流小、自热引起的温升低、持续工作时间长、动态测量信噪比高等优点,并且大阻值应变片可以减小应变焦耳热引起的零漂,提高传感器__使用的稳定性因此,在考虑__因素的前提下,使用大阻值应变片,对提高传感器精度是有益的我选用阻值为120Ω的应变片绝缘电阻是指敏感栅与基底之间的电阻值,绝缘电阻的降低将导致测量灵敏度的下降,并带来测量误差,产生零点漂移等因而要尽量选用基底绝缘性能好的应变计和粘结剂以提高绝缘电阻绝缘电阻值一般大于允许电流是指不因电流产生热量影响测量精度,应变片允许通过的最大电流它与应变本身、试件、粘结剂和环境等有关要根据应变片的阻值和应用的电路等情况来计算为了保证测量精度在静态时允许电流一般为25__,在动态测量时允许电流可达75~100__,箔式应变片允许电流较大应变极限对于已__好的应变计,在一定温度下,指示应变与被测试件真实应变的相对误差不超过一定值(一般为10%时,所能测量的最大真实应变值称为应变极限我们要求应变片的应变极限至少要大于1000×10-6第3章传感器弹性元件的设计
3.1弹性元件的选择电阻应变式称重测力传感器按照弹性元件的受力状态可分为拉压式柱式、筒式和环式、弯曲式梁式和剪切式三大类为了改善悬臂梁的特性,在提高动特性的同时也增加灵敏度将梁做成各种形状,以改变其应力分布并增强刚度,双孔梁就是其中有代表性的一种双孔梁的结构如图7所示在板状梁上有两个孔在梁的端部有集中力作用时孔内承受弯曲变形将应变片粘贴在孔的内壁应变片处于相反的应力区内当和的变形为拉伸时和为压缩变形四个应变片组成差动电桥,输出特性的线性度好另外,这种梁的刚度比单梁好,故动特性好滞后小根据应力分布图可以看出受力点位置变化时一孔的弯矩增加,另一孔的弯矩减小,可在桥路内自动补偿,从而提高了传感器精度,使用时对力点位置的要求也有所降低图7双孔梁结构图在称重和测力领域经常采用拉压式和弯曲式应变传感器该电路在精度和稳定性上已达到一定的水平但由于拉压式称重测力传感器的高度直接影响精度和横向稳定性而且力点__对输出__有影响拉压对称性差尤其是当__条件和标准条件不一致时引起的误差更难估计而双孔梁称重测力传感器有零弯矩区高度小对加载方式和受力点__不敏感且抗偏心、抗侧向力所以我选用的称重传感器内部采用双孔梁作为弹性元件而近年来发展起来的梁式剪切称重测力传感器虽然消除了受力点变化对输出的影响性能优良但弹性体结构复杂贴片也较困难故本设计没有采用
3.2双孔梁受力分析力P作用在理想位置O处如图8所示图8受力分析图在图8所示的结构中,可以把弹性体看作是上、下对称的平行梁式结构,该结构属于3次超静定问题即此结构上的未知约束反力的数目比能列出的__静力平衡方程的数目多三个由理论力学可知“限制物体某些运动的条件称为约束”物体与约束之间相互作用着力,约束给物体的力限制物体的某些运动“约束给被约束物体的力称为约束反力”例如单悬臂梁结构见图9a,其一端固定,另一端为自由端当自由端作用力P时,固定端约束该梁在水平、垂直方向的__及相对转动固定端给横梁的约束用约束反力X、Y、表示如图9b所示取坐标系x0y,此力系为平面一般力系,能列三个__平衡方程来求解三个约束反力即X=0-PL=0此结构为静定结构根据上面分析,我们可将图8的结构简化为图9a所示的图9装置受力简化结构图计算简图在上、下梁的固定端作用六个约束反力,它们分别是、、(作用在上梁)、、(作用在下梁)此力系仍是平面一般力系,仅用静力平衡方程只能解出三个约束反力,其余三个约束反力需用材料力学办法才能求解求解过程较复杂,我只引用其结论,在力P单独作用下,当t1/t2很小时,有=X=PL/2HH为上下臂梁的高度==P/2==PL/4载荷P及约束反力均为作用在梁上的外力,要讨论梁的变形须分析作用在梁上各横截面上的内力由于此结构上下对称,且结构参数均相同,所受外力也相同,我只研究上梁任一横截面上的内力用材料力学的分析方法,为显示出截面上的内力,沿面aa假想地把梁分成两部分,并以左段为研究对象如图10b所示图10材料截面受力图由于原来的梁处于平衡状态,所以梁的左段仍应处于平衡状态作用于左段上的力,除外力、、外,在截面aa上还有右段对它的作用内力,把这些内力、外力分别投影于x轴、y轴上,其总和应等于零由,得(横截面aa上的轴力)由,得=(横截面aa上的剪力)若把左段上的所有外力和内力对截面aa的形心O取矩,其力矩总和应等于零一般说,这就要求在截面aa上有一个内力偶矩M,由得因为在外力作用下,变形主要产生在梁深最小的截面附近,因此可以认为截面A-A在变形后仍保持为平面且该截面的转角不影响截面右边的应力场,那么令A-A截面的转角为零可以认为左段上的约束反力作用在A-A截面上由于轴力和剪力对梁的变形影响很小,故在此仅讨论弯矩M所产生的变形由上式得出将和代入上式得x=0时,x=L/2时,x=L时,根据材料力学对弯矩的符号规定在图11a所示的变形情况下,弯矩为正;反之为在图11b所示的变形情况下,弯矩为负由此分析可画出上、下梁的弯矩图,见图5显然在上、下横梁承受的弯矩情况完全一致因为它们具有相同的结构参数,故变形情况相同横梁左右两部分的结构参数及变形量相同,但弯曲方向相反正弯矩产生的应力在中性轴以上为压应力,在中性轴以下为拉应力如图11a所示;负弯矩产生的应力在中性轴以上为拉应力,在中性轴以下为压应力如图11b所示图11弯矩产生的拉、压应力
3.3弹性元件材料选择在任何情况下,弹性敏感元件应该保证具有好的弹性特性、足够的精度和稳定性,在__使用中和温度变化时,都应保持稳定的特性,因而对材料的基本要求有以下几个方面
(1)弹性滞后和弹性后效要小;
(2)弹性模量的温度系数要小;
(3)线膨胀系数要小并且要稳定;
(4)有良好的机械__和热处理性能;
(5)弹性极限和强度极限要高弹性元件常用几种材料的机械、物理性能如表3--1所示表3--1几种常用材料的机械、物理性能名称结构钢铝合金牌号弹性模量105N/mm22.082.101.980.710.71抗拉强度σbN/mm2132016001100580490屈服强度σ
0.2N/mm21260850500360线膨胀系数α10-6/℃0~100℃11.411.023.122.7弹性模量的温度系数αE(10-4/℃)-2.0-3.0-
5.3-6.9材料密度ρ7.807.
852.32.78比较这几种材料我发现结构钢中则是多用于制造小尺寸的弹性元件,其淬火时的淬透性差,而与在很多方面性能均相似,但是测力传感器弹性元件最常用的材料.和都属于硬铝合金,它们均适合制造小量程测力传感器及动态传感器的弹性元件因而我最终选用LC4材料作为弹性元件的材料
3.4双孔梁的尺寸选择设贴应变片处的梁孔的截面的宽度为b高度为h则而E=
0.71GpaK=
2.2由于此传感器的量程为0-50N在四处贴应变处最大的应变为其中=50N假设暂定L2=120mmL=80mmb=44mmh=3mmH=46mm则=66代入式子得:=1494×1500×符合要求第4章变换检测电路设计检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出因为惠斯登电桥具有很多优点,如可以抑制温度变化的影响,可以抑制侧向力干扰,可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等
4.1桥路的设计由于电阻应变敏感元件的温度特性不完全相同,弹性元件各处的材料性能也有差异,当温度变化时,电桥就会有输出,造成测量误差,主要有两主要因素造成的
(1)温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变
(2)试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同,式应变片产生附加应变它有两种现象,一种是不受载荷时,温度变化,电桥就有输出,成为“零漂”;另一种是在有负载时,电桥的输出灵敏度随温度变化而变化,称为“动漂”因此,在桥路设计时应将这些因素考虑在内于是我就设计交流全桥式等臂电桥电路图12全桥式等臂电桥电路初始状态R1=R2R3=R4当应变片__到应变时电桥输出电压由
3.2节知如果把应变片组成全桥式等臂电桥电路路,如图12所示,桥路输出为1带入1式得:其中为电阻应变片的灵敏系数;为力P作用下贴片处的应变量采用此电桥电路的理由如下
(1)此类电桥电路的灵敏度高,是单一工作应变片工作时的4倍
(2)输出输入呈线性,没有非线性误差
(3)能够温度补偿,大大减小因温度而造成的误差
4.2放大电路的设计由于此传感器的电桥输出阻抗很高,这就需要一个输入阻抗同样很高的放大电路与之匹配,并且此放大电路的输出阻抗应该较小据此,我选择设计双运放高共模抑制比同相串联结构放大电路,如图13为获得零共模增益,图13同相串联结构放大电路应使电路的差动闭环增益为确定了P=50NK=
2.2L=80mmE=
0.71Gpa=66代入公式得:故当输入时因此要得到足够的功率去推动指示仪表或记录器,若经放大电路输出的__最大值则此放大电路的增益由于放大部分的增益设为117则=116取=100Ω=
11.6kΩ那么对应的=
11.6kΩ=100Ω
4.3检波、滤波电路的设计经过放大以后的波形仍为调幅波,必须用检波器将它还原为被检测应变__的波形而一般的检波器只有单向的电压输出,不能区别拉压应变__因此,我采用能克服上述缺点的相敏检波器,它可以有双向__输出,能反映出应变的拉或者压其电路如图14图14精密整流型全波相敏检波电路其放大增益设为1则对应的电阻阻值为由相敏检波电路输出的被检测应变波形中仍残留有载波__,必须滤掉,方能得到被检测应变__的正确波形一般用电容,电感组成二型低通滤波器对滤波器的特性要求,要考虑到和前级相敏检波电路的匹配,又要考虑和后级记录器的匹配由于它要滤去高频波中频率最高分量,即是载波频率,而一般被测应变__频率比小很多,故滤波电路的截止频率只要在(
0.3~
0.4),就可满足频率特性要求所以我在这里选用压控电压源型二阶低通滤波电路,电路如图15图15压控电压源型二阶低通滤波电路其放大增益而载波__频率定为200HZ则此滤波器的截止频率为60~80HZ我选择设计截止频率为80HZ的低通滤波电路,其参数如下则
4.4其他电路的设计与选择由滤波电路输出的应变__,要用合理的显示装置显示出来,因此,我选用七段译码显示器及CD4511如图16(a)(b)图16显示结构部件第5章传感器的工艺设计
5.1应变片的粘贴工艺在处理好底层的弹性元件上,划好贴片的定位线,经清洗和干燥后,在贴片处均匀地涂一层贴片胶,适当时间后按给定的方位将应变计准确地放在粘贴部位上,而后在应变计上盖上一层氟塑料薄膜并用手指或小工具朝一个方向碾压,挤出气泡和过量的粘接剂,保证胶层薄而均匀然后在上面放一块硅橡胶并用夹具夹紧放入干燥箱进行固化处理贴片时胶层的厚度必须严加控制,片基和粘接剂胶层厚度对于减少蠕变有非常重要的影响,并也使粘结强度增高,更能准确地传递试件的应变在实际工艺过程中胶层的厚度还受到其它因素的限制,例如绝缘电阻,因而也下能无限制地薄,否则将降低其绝缘电阻造成传感器性能不稳定贴片之后应进行初步检查,检查基底,盖底有无损坏,敏感栅是否变形,贴片方位是否正确,有无断路、短路,有无气泡,有无局部未贴牢,贴片后电阻值变化不能太大一般变化不大于±
0.5Ω等粘贴后的结构如图17图17应变片的粘贴位置
5.2传感器的封装传感器封装是为了保护电阻应变敏感元件和弹性元件不受周围化学活性介质的影响,同时固定引线等对于易受湿度影响的传感器,我们采用密封装置,这样才可以保证该传感器在灰尘、腐蚀气体等环境下__使用时的精度具体密封方法是采用柔软、弹性模量不变的橡胶波纹膜或金属波纹膜将应变敏感元件及弹性元件与外界隔离;采用材料与弹性元件具有相同线膨胀系数或采用相同材料作为外壳,通过电子束焊或激光焊将弹性元件上的膜片焊接在外壳上,并在其中冲入惰性气体,在此过程中一定得注意焊接必须可靠,否则会由于密封失灵和膜片支承变化造成传感器灵敏度的变化同时,接线插座或电缆线需要密封,方法是采用绝缘材料将接线插座或电缆铸在里面,一端与应变敏感元件的引出线焊接,另一端接插头或焊接测量导线
5.3传感器装配装配如附件三尺寸已经标注到装配图纸上第6章误差源分析以及处理称重传感器在无外载荷作用时的输出称为零点输出零点输出受环境温度的影响随环境温度的变化而变化,这称之为零点温度漂移引起称重传感器零点温度漂移的因素,产生此温度漂移的原因
(1)弹性元件电阻应变计应变粘结剂的单线膨胀系数不同弹性元件的纵向和横向膨胀率不同电阻应变计基底和应变粘结剂底膜的厚度不同在环境温度发生变化时都会产生不同程度的热胀冷缩使电阻应变计敏感栅仁长或缩短引起电阻值变化
(2)电阻应变计敏感栅材料的电阻温度系数不为零各电阻应变计之间又有一定的分散度而且敏感栅材料的电阻率也随环境温度而变化这都会引起电阻的改变
(3)由于各电阻应变计的引出线及连接导线的长度不同温度变化可引起电桥导线的电阻变化
(4)不同材料如康铜镍等焊点之间存在着较小的热电势也可以引起电阻变化
(5)弹性元件与外壳的温度系数不同弹性元件曲率的影响大气压波动等影响虽然比上述各项影响小但也会使电阻值稍有变化对于这些误差,在桥路设计以及后续电路设计中已经采取相应措施另外,影响称重传感器稳定性的因素主要有
(1)称重传感器的结构称重传感器的弹性元件、外壳、膜片及上压头、下压垫的设计,都必须保证受载后在结构上不产生性能波动,或性能波动很小为此在称重传感器设计时,应尽量作到应变区受力单一,应力均匀一致;贴片部位最好为平面;在结构上保证具有一定的抗偏心载荷和侧向载荷的能力;__力远离应变区,测量时应避免载荷支承点的位移尽管称重传感器属于装配制造产品,但为了保证具有最佳技术性能和__稳定性,尽可能将它设计成一个整体结构
(2)机械__与热处理工艺弹性元件在机械__过程中,由于表面变形的不均匀产生较大的残余应力,切削用量越大,残余应力就越大,磨削__产生的残余应力最大因此应制订合理的__工艺和规定适当的切削用量弹性元件在热处理过程中,由于冷却温度不均匀和金属材料相变等原因,在芯部和表层产生方向不同的残余应力,其芯部为拉应力,表层为压应力必须通过回火处理工艺,在其内部产生方向相反的应力,与残余应力相互抵消,减少残余应力的影响
(3)电阻应变计与应变粘结剂电阻应变计应具有最佳性能,要求灵敏系数稳定性好,热输出小,机械滞后和蠕变小,应变量为1500×10-6时疲劳寿命可达108,电阻值偏差小,批次质量均一性好等应变粘结剂应具有粘结强度大,抗剪强度高;弹性模量较大且稳定;电绝缘性能好;具有与弹性元件相同或相近的热膨胀系数;蠕变和滞后小;固化时胶层体积收缩小等粘贴电阻应变计时一定要严格控制胶层厚度,因为粘结强度随胶层厚度的增加而降低这是由于薄的胶层需要更大的应力才能变形,不易产生流动和蠕变,界面上的内应力很小,产生气泡和缺陷的几率也比较小,应变传递性能好,只要防护密封合理就可达到较高的稳定性水平
(4)制造工艺流程应变式称重传感器的工作原理和总体结构决定了,在生产工艺流程中有些工序必须手工操作,人为的因素对称重传感器的质量影响较大因此必须制订科学合理并可重复的制造工艺流程,并在其中增加电子计算机控制的自动化或半自动化工序,尽量减少人为因素对产品质量的影响
(5)电路补偿与调整应变式称重传感器属于装配制造,贴片组桥后就形成了产品,由于内部不可避免的产生一些缺陷和外界环境条件的影响,称重传感器的某些性能指标达不到设计要求,因此必须进行各项电路补偿与调整,提高称重传感器本身的稳定性和对外部环境条件的稳定性完善而精细的电路补偿工艺,是提高称重传感器稳定性的重要环节
(7)防护与密封防护与密封是称重传感器制造工艺流程中的要害工序,是称重传感器耐受客观环境和感应环境影响而能稳定可靠工作的根本保障如果防护密封不良,粘贴在弹性元件上的电阻应变计及应变粘结剂胶层,都会吸收空气中的水分而产生增塑,造成粘结强度和刚度下降,引起零点漂移和输出无规律变化,直至称重传感器失效因此有效的防护密封是称重传感器__稳定工作的根本保证,否则将使各项工艺成果前功尽弃
(8)稳定性处理提高称重传感器的稳定性除处理好上述各种因素的影响外,最重要的途径就是采取各种技术措施和工艺手段,模拟使用条件进行有效的人工老炼试验,尽量多的释放残余应力使其性能波动减至最小第7章小结本次课程设计是一个将所学理论应用于实际的过程,也是一个不断探索、不断尝试、不断学习的过程,这中间遇到了各种各样的困难,通过小组成员的共同讨论、研究以及查找相关资料,最终都得到一一解决,我也从中学到了不少知识理论与实践是密切相关的,感谢教员给了我动手、动脑的机会,给了我们合作的机会,使我们体会到团体做事的效率及合作的精神从称重传感器的应变片、弹性体、检测电路三个主要部分出发,我分别设计每一部分都要我查阅许多资料,以及进行很多计算应变片设计中,在应变片的类型、材料选择以及参数计算方面,我都做了详细的分析与设计;弹性体的设计中,在弹性元件的结构设计,极限应变以及尺寸确定方面,我也通过查阅有关资料以及与同学讨论,终于合理的设计出符合要求的弹性元件结构;检测电路设计,在桥路设计、放大电路设计、检波电路选择以及滤波电路的设计方面,我都做了详细的分析与参数确定在此次称重传感器设计的过程中,我觉得自己对课本上的理论知识的理解加深很多,并且学到了许多教学课本上没提到过的内容,比如影响称重传感器稳定性的因素等不仅如此,我还对关于精度要求的问题有了比较全面的认识,精度对于此种传感器无疑至关重要,所以在设计此称重传感器的过程中,我时刻都在考虑着我所设计的是否能够尽量减少其误差,以提高传感器的测量精度比如在桥路设计时,为减少温度误差,我选择设计全桥式差动桥路电路;在放大电路以及检波电路设计时,我分别采用同相串联双运放高共模抑制比放大电路,和整流型相敏检波电路,以减少共模__及其他干扰__,以减少干扰误差,提高测量精度____
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