称重传感器制作-中北大学毕业设计

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1、中北大学毕 业 设 计 开 题 报 告学 生 姓 名 ：学号：系 别 ：机械工程与自动化学院、机械工程系专 业 ：机械设计制造及其自动化论 文 题 目：指 导 教 师 :教授2012 年 03 月 13 日毕 业 设 计 开 题 报 告1 结 合 毕 业 论 文 情 况 ， 根 据 所 查 阅 的 文 献 资 料 ， 撰 写 2000 字 左 右 的 文献 综 述 ： 文 献 综 述一 、 本 课 题 的 研 究 背 景 及 意 义随 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 、

2、 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

3、 了 所 有 的 称 重 领 域 ， 渗 透 到 诸 如 工 业 生 产 、 宇 宙 开 发 、 海 洋 探 测 、 环 境保 护 、 资 源 调 查 、 医 学 诊 断 、 生 物 工 程 、 甚 至 文 物 保 护 等 等 极 其 之 泛 的 领 域 ， 可以 毫 不 夸 张 地 说 ， 从 茫 茫 的 太 空 ， 到 浩 瀚 的 海 洋 ， 以 至 各 种 复 杂 的 工 程 系 统 ， 几乎 每 一 个 现 代 化 项 目 ， 都 离 不 开 各 种 各 样 的 称 重 传 感 器 。 而 称 重 传 感 器 技 术 的 发 展动 向 是 ， 把 称 重 传 感 器 的 准 确 度 、

4、 稳 定 性 和 可 靠 性 作 为 极 其 重 要 的 质 量 指 标1。二 、 本 课 题 国 内 外 研 究 现 状我 国 传 感 器 制 造 技 术 从 六 十 年 代 萌 芽 至 今 ， 走 过 了 五 十 多 年 的 历 程 。 伴 随 着 我 国 经济 发 展 ， 称 重 传 感 器 取 得 了 长 足 的 进 步 ， 为 中 国 计 量 计 量 现 代 化 做 出 了 巨 大 贡 献 ， 同 时涌 现 了 常 州 托 利 多 ， 中 原 电 测 等 一 大 批 骨 干 传 感 器 制 造 企 业 ， 基 本 上 形 成 了 中 国 称 重 传感 器 业 目 前 的 发 展 格

5、局 。 面 对 风 起 云 涌 的 国 内 外 市 场 及 日 新 月 异 的 中 国 经 济 ， 我 国 传 感器 的 发 展 依 然 存 在 着 非 常 严 峻 的 问 题 。 毛 斌 和 裴 薇 薇 在 传 感 器 国 内 发 展 现 状 中 指 出 ，2010年 国 家 监 督 抽 查 了 八 省 市 16个 企 业 共 十 六 支 称 重 传 感 器 ， 合 格 率 12支 ， 合 格 率 为75%。 不 合 格 的 原 因 全 部 是 称 重 传 感 器 的 误 差 超 差 。 这 结 果 真 实 的 反 映 了 我 国 称 重 传 感器 的 整 体 技 术 ,工 艺 和 管 理

6、水 平 和 发 达 国 家 相 比 还 是 有 很 大 的 差 距 ， 但 在 近 年 研 究 中 ，还 是 取 得 了 一 定 的 进 步 2。在 传 感 器 的 建 模 过 程 中 ， 张 华 ， 次 英 等 研 究 了 系 统 辨 识 建 模 的 方 法 。 目 前 常 用 的 时域 建 模 方 法 有 系 统 辨 识 方 法 ， 沃 尔 什 变 化 方 法 ， 最 大 熵 谱 法 ， 自 适 应 方 法 和 神 经 元 方 法等 。 其 中 系 统 辨 识 建 模 法 是 应 用 最 广 ， 发 展 较 成 熟 的 一 种 建 模 法 ， 与 之 相 比 ， 沃 尔 什 变换 方 法

7、所 用 数 据 较 少 ， 所 建 模 型 的 阶 数 低 ， 但 对 数 据 个 数 要 求 严 格 ； 最 大 熵 谱 法 属 时 间序 列 分 析 建 模 方 法 ， 只 需 传 感 器 动 态 标 定 中 的 ， 但 它 建 模 的 准 确 性 不 高 。 神 经 元 方 法 虽然 具 有 所 建 模 型 阶 次 低 准 确 度 高 的 优 点 ， 但 离 现 实 应 用 还 有 一 定 的 距 离 。 此 文 章 在 研 究各 种 建 模 的 方 法 上 ， 提 出 了 先 对 所 测 数 据 进 行 积 分 ， 再 用 辨 识 方 法 进 行 建 模 ， 减 少 转 换误 差 ，

8、所 建 模 型 准 确 度 较 高 ， 阶 次 较 低 ， 且 较 易 实 现 递 推 算 法 ， 为 改 善 传 感 器 动 态 特 性 ，实 现 动 态 补 偿 奠 定 基 础3。在 研 究 传 感 器 的 动 态 补 偿 中 ， 黄 杭 美 在 FLANN传 感 器 动 态 方 法 中 指 出 ， 为 满 足 快 速称 重 求 的 要 求 ， 结 合 遗 传 算 法 寻 优 速 度 快 和 函 数 联 接 型 神 经 网 络 有 较 强 的 函 数 逼 近 能 力的 优 点 ， 设 计 了 一 种 基 于 遗 传 算 法 优 化 的 FLANN补 偿 器 ， 实 现 对 称 重 传 感

9、器 的 动 态 特 性补 偿 ， 采 用 遗 传 算 法 优 化 FLANN的 连 接 权 值 。 此 种 方 法 的 仿 真 表 明 :阶 跃 响 应 时 间 快 ，且 超 调 量 小 ， 有 效 地 提 高 了 称 重 传 感 器 的 动 态 响 应 过 程 ， 且 方 法 简 单 ， 易 于 工 程 实 现 ，易 于 实 用 价 值4。在 称 重 传 感 器 动 态 补 偿 器 的 一 种 新 的 设 计 方 法 中 ， 俞 阿 龙 和 李 正 为 了 拓 展 称 重 传 感器 的 工 作 频 带 ， 把 电 荷 转 移 器 件 用 于 其 动 态 补 偿 器 的 设 计 中 ， 设 计

10、 出 具 有 频 率 特 性 可 调节 的 动 态 补 偿 器 。 由 于 称 重 传 感 器 的 动 态 特 性 不 理 想 ， 输 出 响 应 不 能 精 确 反 应 输 入 量 ，在 称 重 传 感 器 后 串 联 一 个 补 偿 器 即 构 建 一 个 动 态 补 偿 模 型 ， 和 传 感 器 一 起 构 成 一 个 理 想的 动 态 测 试 系 统 ， 就 可 对 传 感 器 的 动 态 特 性 补 偿 。 此 文 章 对 称 重 传 感 器 的 动 态 补 偿 器 的设 计 方 法 进 行 了 深 入 的 研 究 ， 把 电 荷 转 移 器 件 用 于 设 计 中 ， 由 于 C

11、TD器 件 具 有 模 拟 性 和数 字 性 相 结 合 的 突 出 特 点 ， 由 此 而 设 计 的 补 偿 器 具 有 稳 定 性 好 ， 不 存 在 阻 抗 匹 配 等 优 点5。 国 外 研 究 人 员 Pasquale Arpaia等 人 员 在 研 究 称 重 传 感 器 的 过 程 当 中 ， 提 出 了 称重 传 感 器 的 一 些 动 态 模 型 的 自 适 应 的 补 偿 方 法 ， 有 系 统 辨 识 法 ， 根 轨 迹 法 和 神 经 网 络 的方 法 等 ， 在 各 种 各 样 的 算 法 实 现 中 ， 即 可 用 软 件 实 现 ， 也 可 用 硬 件 实 现

12、。 用 设 计 要 基 于传 感 器 的 软 件 方 法 补 偿 时 ， 参 数 设 计 灵 活 ， 使 用 方 便 ， 主 要 问 题 是 数 据 处 理 的 实 时 性 问题 ； 而 用 硬 件 补 偿 时 实 时 性 好 ， 但 有 时 电 路 参 数 调 整 比 较 麻 烦 。 因 为 动 态 补 偿 器 的 设 计要 基 于 传 感 器 的 动 态 模 型 ， 在 测 量 中 所 测 重 量 将 成 为 传 感 器 参 数 的 一 部 分 ， 传 感 器 的 动态 模 型 会 随 着 被 测 重 量 而 变 化 。 这 就 要 求 设 计 出 一 些 相 应 的 动 态 补 偿 器

13、去 实 现 称 重 过 程中 响 应 的 快 速 性 和 准 确 性 。 而 国 外 仅 仅 抓 住 研 究 课 题 ， 在 相 应 的 生 产 领 域 也 设 计 出 了 准确 度 、 稳 定 性 和 可 靠 性 都 达 到 一 定 要 求 的 称 重 传 感 器 ， 在 产 品 结 构 设 计 与 制 造 工 艺 中 ，吸 取 了 工 程 化 产 品 设 计 中 的 计 算 机 拟 实 技 术 和 虚 拟 技 术 ， 加 快 开 发 速 度 ， 减 少 开 发 风 险 。美 国 THI公 司 研 制 的 1410型 5一 30kg铝 合 金 称 重 传 感 器 ， 准 确 度 等 级 优

14、于 C3级 ， 可承 受 离 心 力 和 机 械 振 动 ， 内 装 特 制 的 粘 性 阻 尼 器 ， 保 证 称 量 时 有 较 快 的 稳 定 时 间 ， 一 般低 于 50ms， 大 大 改 善 了 称 重 传 感 器 的 动 态 特 性 6。三 、 本 课 题 相 关 理 论 综 述称 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7。 称 重 传 感器 采 用 金 属 电 阻 应 变 片 组 成 测 量 桥 路 ， 利 用 金 属 电 阻 丝 在 张 力 作 用 下 伸 长 变 细 ， 电 阻 增加 的 原 理 ，

15、 即 金 属 电 阻 随 所 受 应 变 而 变 化 的 效 应 而 制 成 的 （ 应 变 ， 就 是 尺 寸 的 变 化 ） 。称 重 传 感 器 进 行 测 量 时 ， 我 们 需 要 知 道 的 是 应 变 片 受 应 变 时 的 电 阻 变 化 。 通 常 总 是 采 用应 变 片 组 成 桥 式 电 路 （ 惠 斯 登 电 桥 ） ， 将 应 变 片 引 起 的 电 阻 变 化 转 换 成 电 压 变 化 来 进 行测 量 的 。 称 重 传 感 器 在 制 造 过 程 中 ， 为 了 改 善 它 的 性 能 ， 特 别 是 改 善 温 度 特 性 ， 一 般 要在 应 变 片 电

16、 路 中 附 加 对 零 点 和 灵 敏 度 的 温 度 补 偿 。 即 除 了 应 变 片 外 ， 其 中 还 增 加 了 各 种补 偿 电 阻8。 零 点 补 偿 的 目 的 是 尽 量 减 小 电 桥 零 点 随 温 度 的 变 化 ， 因 此 ， 出 应 变 片 本身 的 温 度 自 补 偿 外 ， 又 加 入 了 电 阻 温 度 系 数 和 电 桥 中 应 变 片 的 温 度 系 数 不 同 的 电 阻 元 件（ 如 铜 电 阻 或 镍 电 阻 等 ） ， 以 加 强 补 偿 作 用 。 灵 敏 度 补 偿 的 目 的 是 减 小 输 出 电 压 随 温度 的 变 化 ， 即 补 偿 弹 性 体 的 弹 性 系 数 和 应 变 片 的 灵 敏 度 系 数 随 温 度 的 变 化 。 因 此 ， 对 电桥 中 串 接 了 两 个 与 电 桥 温 度 补 偿 作 用 相 同 的 电 阻 。 同 时 电 路 中 的 其 它 电 阻 用 于 将 电 桥 的初 始 平 衡 ， 额 定 输 出 和 输 入 电 阻 等 参 数