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1、1一、应变式称重传感器设计说明书主要技术指标：1 、基本参数（1） 精确度等级：0.1 级（2） 测量范围 ：1000kg-10000kg （3） 灵敏度 ： 2mv/v（4） 额定励磁电压：12v（5） 输入和输出阻抗：传感器的输入和输出阻抗在 350500M 之间。（6） 正常工作条件：传感器的正常工作条件为：温度：-20+70 相对温度：5%100%2、主要性能指标（1） 线性度：迟滞和重复性：0.1%FS（2） 热零点漂移：0.06%FS/10（3） 初始零点：2%FS （4） 允许过载：应能承受 1.5倍的额定载荷（5） 绝缘电阻：2000M（6） 稳定性：在规定条件下，在校准的有效
2、期内传感器的性能符合本标准规定的要求。 （二）传感器结构设计：图（1-1）设计成剪切梁式结构，如图（1-1）所示：对于一般的弹性传感器，当承受载荷时，梁就会产生弯曲，图(1-2)指出了剪力和弯矩图，梁上产生的正应力正比梁的弯矩，而弯矩又正比于梁受力的作用点的距离因此对于一般弹性量而言，力作用电位置变化会引起测量误差。而剪切梁式由于测量它的且应变，而切应变与切力成正比,而切力在梁上是常量，与弯矩无关，所以力作用点的位置发2生变化不影响传感器输出。图（1-2）弹性应变梁的剪力和弯矩1、线性好，精度高。输出信号不受测力点位置变化的影响。2、高度低，重量轻，体积小，易于安装和维修。3、结构简单，易于密
3、封。4、抗测向力强。弹性元件设计1、材料选择：衡量弹性元件材料基本性能的主要指标是弹性储能（也叫应变能） 。弹性储能它表示弹性材料吸收变形功而不发生永久变形的能力，即材料变形后储存于材料内的应变能。其大小为(1/2) e e1/2( e2/E) (1-1)式中 e弹性极限 e弹性极限对应的应变2、比值 e2/E越大越好。 e高则弹性变形范围大，低则在同样载荷下可获得较大变形。同时，对弹性元件材料性能的要求应考虑使用场合。选择合金结构钢做弹性元件，E=2.110E11pa 抗拉强度为 10E9pa 3、材料的热处理和稳定性处理材料需要淬火，回火等一系列热处理工艺。采用时效法来消除残余内力，或采用
4、如温度 100200存放（数十至数百小时）的人工时效方法4、弹性元件的设计3图（1-3）工字梁切应力分布图选定 H=35mm ; h=24mm ; B=24mm ;取安全系数 ns=1.5 = s/ns =93.310 7 pa 由于选用的是弹簧钢，泊松比 =0.149，所以 /(1+) =81.210 7 pa即 max= 81.210 7 pa6、参数的设计剪切梁式传感器弹性体的截面为工字梁，梁内的切应力可根据材料力学中的茹拉夫斯基公式计算：=Qs/J yb (1-2)工字梁截面 1、2、3 点的静矩S1=0 (1-3)S2= (BH2-Bh2)/8 (1-4)S3 =(BH2-Bh2+b
5、h2) /8 (1-5)惯性矩为：Jy = (BH3-Bh3+bh3) /12 (1-6)将静矩和惯性矩带入得各点的切应力： 1= QS1/Jy B =0 2=QS2/Jy B = (3Q2)(H 2-h2)/BH3-Bh3+bh3) (1-7) 2=QS2/Jy b = (3QB/2b) (H2-h2)/BH3-Bh3+bh3) (1-8) 3=QS3/Jy b = (3Q/2b) (BH2-Bh2+bh2/BH3-Bh3+bh3) (1-9) 1 2 2 3 即 max= 381.210 7 pa (1-10)解得 b4.13mm最大弯曲内应力满足 max = M max/ W (1-11
6、)工字梁在根部最大弯矩为 M max =FL1 (1-12) 工字梁断面系数4W = BH3-Bh3+bh3 /6H=2.29810-6 (1-13)所以工字梁的最大弯曲应为 = 6FL 1H / BH3-Bh3+bh3 = 80.910 7pa (1-14)解得L1 44.3mm 取 L1=44mmL2=L1-24/232mm其中， 应不大于许用剪切应力 ， 可用下式计算: max = (N/mm )传感器输出灵敏度 121、剪切梁灵敏度 S1 = E (1-15)S1 = /F = 3/EF =1.1410-8 m/N (1-16)2、应变片灵敏度 S2选取应变片电阻为 120 S2=23
7、、电桥灵敏度 S 3 激励电压为 12VS3 = U0/ =U/R0 = 1/10 (1-17)4、选放大电路增益为 100 S = S1* S2* S3*S4=5.4210 E -5V/N=5.4210-4 V/Kg (1-18) 1 2 3 4ABCD4321DCBAR150KR350K10K10K10KR499KR51KR699K10K 10K10K2KR2OP05OP0574150KR7图（14）补偿放大电路5补偿电路：采用图（14）所示,R1R2R3 构成调零电路，放大电路采用三个运放，构成放大器，它具有阻抗高和能力强等特点，可进一步降低漂移，增益公式：A=(1+R /R ),改变
8、R 的阻值可进行增益的微调。改变 R 的阻值可将共模455 2抑制比调到到最零点。由于 R4R5R6决定其增益故采用高精度,温度系数小的多圈型垂直滑动电阻器.(五)应变片的粘贴应变片的选择：基于应变的特点，铂式应变片毫无疑问为设计的最佳选择。选 BH-5-120型应变片，允许最大应变：3000 m,额定电流：30mA,栅底尺寸：3 10mm,外型尺寸：3 10，灵敏系数 2。二、差动变压式螺线管位移传感器（一）技术要求（1） 基本误差限： %3.0（2） 线性度误差：（3） 回程误差：0.12%（4） 重复性误差：0.12%（5） 零点残余误差：0.3%（二）性能参考要求：差动变压器的主要基本
9、参数、技术指标：（1）型式：传感器结构为螺线管式（2）测量范围：双向小量程传感器，其测量范围有上、下限。（3）精度等级：位移测量范围： ；线性度：0.5%5.2（4）励磁电源的选择传感器的励磁电源频率为 16HZ的正弦波，其波形失真度不大于2%。电压有效值不大于 5V。（5）输出信号：当励磁电源为 3V、频率为 3HZ和负载为 20K 时，传感器 的输出信号不小于 0.5伏（6）正常工作条件温度：-20+70 。 C 相对湿度：5%100%（三）工作原理介绍差动变压式位移传感器是将被测位移量转化为变压器线圈的互感变化，从6而通过电压的变化测的位移量的。（四）量程设计1.形式设计根据所测位移量的
10、大小来确定所要设计的变压器的形式。螺线管式差动变压器适用于一到几百 mm范围内的位移量，分辨率和灵敏度较低。2.外径的选择：选外径为 15mm.3.衔铁长度和线圈的确定最大位移 Xmax= m5.2线性度 %.0则可得初基线圈长：b= = =25 (2-1)2max5.0次级线圈长：取 mm.m=b+ Xmax + =25+2.5+0.5=28 (2-2)衔铁长：取 d=1mml =3b+2d=253+2=77 (2-3)a骨架长：l =b+2m+4d=25+228+4=85 (2-4)b线性范围：x=0.60.7l -(b-2d)/2=0.60.785-(25-2)/2=10. (25)b4
11、、线圈的简图如下rmdL21x21d7图（21）b-初级线圈 p的长度(初级线圈的匝数为 Np);m-一个次级线圈 s的长度(次级线圈的匝数为 Ns);r-螺管线圈的外径;R-螺管线圈的外径;L-衔铁长度;X21县铁进入左边次级线圈的长度(衔铁进入有边线圈内的长度为 X22);L21衔铁左端面到初级线圈左端的长度;L22衔铁右端面到初级线圈右端的长度;（五）灵敏度确定1.气隙的选择气隙的大小对差动变压器灵敏度有很大的影响。灵敏度与气隙大小成反比，气隙小灵敏度高。此选 0.5mm.2.线圈匝数的确定线圈匝数影响到传感器的灵敏度，初级线圈的匝数大，传感器灵敏度就高。同样适当的增大匝数比，即初级线圈
12、匝数也将提高灵敏度。一般在给定的窗口面积下，为了提高匝数，常选用低电阻率，高强度的细线，常用直径为 d =0.0040.16mm的漆包线。p取 R=6mm,r=3mm,k =0.3,初级线圈的陷径 d =0.16mm p初级线圈圈数：N = = =1119 (2-6)P2)(4prRbK216.0)3(54次级线圈圈数：N = = =1253 (2-7)s2)(pdmk 2.)(83.励磁电源频率的确定为了提高灵敏度场选用 310kHz的激励频率，这样也减小了初级线圈与次级线圈间的相位差。4.激励电流和电压的确定激励电压和电流的增加将有利于提高灵敏度。但是过大的激励电压和电流将导致传感器的损害
13、或绕组发热而造成信号漂移. 取 J =310 A/m =3A/mmi6228I = = =0.06A (2-8)P41ipJd2316.02取 a=1010 M /W4A =2 628=1056mm2l =2 (R+r)=28.27mmcK= = =5.2 (2-9)mlrRbNfISP)/ln(106723728)36ln(10519.6723R =4 = =25 (2-10)C2/pPcdl6238.05.4s =(R-r)b=325=75mm (2-11)k 2实际面积：S= = =74.996mm s (2-12)KNdPp4.23.041962k则 N 合适P（六）材料的选择1.导磁材料的选择通常根据激励电源频率选用铁心磁材料。此选铁氧体。2.骨架材料的选择骨架材料要求：热膨胀系数小，有一定的强度，容易加工。此选聚四氟乙烯。（七）导向或支撑结构的选择传感器中侧杆导向或支撑结构对差动螺线管传感器的示值误差、灵敏现有影响。此选滚动式。9滑动式 滚动式 片簧
