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1、1西安广播电视大学开放教育西安广播电视大学开放教育机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化专业专业传感器与测试技术传感器与测试技术课程设计说明书课程设计说明书题目：题目： 基于电阻应变片的压力传感器设计基于电阻应变片的压力传感器设计 专业层次：专业层次： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 级级 别：别： 本科本科 学学 号：号： 13611012556271361101255627 姓姓 名：名： 王玮王玮 分校（工作站）：分校（工作站）： 西安广播电视大学城北分校西安广播电视大学城北分校 指导教师：指导教师： 2014 年年 11 月月 5 日日2开放教育专业毕业设计任务书开
2、放教育专业毕业设计任务书编号：1361101255627 试点专业： 机械设计制造及其自动化 办学单位：西安广播电视大学 城北分校 设计题目设计题目基于电阻应变片的压力传感器设计学生姓名学生姓名王玮毕业设计内容：毕业设计内容：1 1设计（论文）技术要求和主要内容设计（论文）技术要求和主要内容次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小 应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产 生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。2设计（论文）进度安排设计（论文）进度安排2013.1.10-2013.2.5 安排毕业设计任务，了解
3、电大设计要求和规定2013.2.6-2013.1.25 初步确定总体方案以及总体思路，检查第一稿2013.2.26-2013.3.9 进一步完善总体方案，对相关内容进行初步计算2013.3.10- 2013.3.31 具体细节规划设计与计算，检查第二稿2013.4.1-2013.4.24 在第三稿的基础上继续进行设计与计算，检查第三稿2013.4.25-2013.5.5 检查所有论文资料，检查最终稿指导教师签字指导教师签字试点分校、教学班意见：试点分校、教学班意见：教学班负责人签字、试点分校盖章教学班负责人签字、试点分校盖章_年年 月月 日日 3前言前言随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与
4、控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、
5、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为 1t 到 100t。本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的
6、微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压） ，故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。4目目 录录1、课程设计目的和要求-12、课程设计任务-23、方案的选择-33.1 方案的制定-33.2 方案的确定-44、材料的选择-64.1 弹性元件-64.1.1 弹性元
7、件材料-64.1.2 弹性元件材料-74.2 应变片的选择-84.2.1 电阻应变片类型的选择-94.2.2 应变计的材料-94.3 应变计主要参数的确定-105、外壳尺寸确定-116、测量电路的设计与计算-126.1 电桥电路的设计与计算-126.2 交流电压输出电路-136.3 放大电路-136.4 滤波电路-166.6 数字显示电路-167、误差来源与精度分析-18 8、相关元器件的确定- 19 参考资料- 20 心得体会- 215附录一 常用芯片引脚图- 21附录二 传感器电路处理总图- 22附录三 传感器外观设计图- 231 1、课程设计目的和要求、课程设计目的和要求1 1传感器原理
8、课程设计是测控技术与仪器专业的必须完成的一个课程设计。是一个重要的教学环节，通过本设计，培养学生理论联系实际的设计思想，训练综合运用传感器设计和有关先修课程的理论，结合实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固加深有关传感器设计方面的知识。2 2通过制定设计方案，合理选择传感器结构和相关元件类型，正确计算、选择各零件和元件参数，确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，达到了解和掌握传感器设计过程和方法。3.3. 进行设计基本技能的训练。如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和数据处理及计算机应用的能力。4. 通过设计环节
9、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。62 2、课程设计任务、课程设计任务题题 目目: 基于电阻应变片的压力传感器设计 初始条件：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，设计时自行确定被测变量及测试范围，并根据测量的需要选择应变片的型号、数量、粘贴方式以及弹性元件的结构形式、相关测试电路等。要要 求：求：1 1正确选取电阻应变片的型号、数量、粘贴方式并连接成交流电桥；2.2
10、. 选取适当形式的弹性元件，完成其机械结构设计、材料选择和受力分析，并根据测试极限范围进行校核；3.3. 完成传感器的外观与装配设计；4.4. 完成应变电桥输出信号的后续电路（包括放大电路、相敏检波电路、低通滤波电路）的设计和相关电路参数计算，并绘制传感器电路原理图；5.5. 按学校课程设计说明书撰写规范提交一份课程设计说明书（6000 字左右） ；6.6. 按机械制图标准绘制机械装配图（3 号图纸） 、弹性元件图（4 号图纸）各一张。73 3、方案的选择、方案的选择此次传感器课程设计选用应变式拉压传感器。设计中只要把应半片贴在承受负载的弹性元件上，通过测量弹性元件的应变大小即可求出对应的负载大小，而弹性元件的应变大小可以通过应变片电阻大小的变化量来求得。故可以通过选择不同的弹性元件和测量电路来提出不同的方案。 3.13.1 方案的制定方案的制定根据弹性体的结构形式的不同可分为：轮辐式，梁式，环式，柱式等。在测量拉/压力上主要用到的是柱式传感器。柱式传感器的弹
