稱重傳感器靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)

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1、.南京航空航天大學(xué)綜合課設(shè)報(bào)告題目：稱重傳感器設(shè)計(jì)及性能測(cè)試學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器組員：031230325李鴻影031230326楊宇科2015年7月4日..檢測(cè)技術(shù)綜合課設(shè)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)一個(gè)電阻應(yīng)變式載荷傳感器及傳感器特性自動(dòng)測(cè)試校準(zhǔn)系統(tǒng)。應(yīng)用力學(xué)、傳感器技術(shù)等相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)載荷傳感器，要求使用AUTOCAD繪制傳感器機(jī)械圖。責(zé)任設(shè)計(jì)人：李鴻影。2、貼片工藝，力學(xué)分析推導(dǎo)應(yīng)變和載荷的關(guān)系。責(zé)任設(shè)計(jì)人：李鴻影。3、設(shè)計(jì)傳感器調(diào)理電路，要求電路在滿足一定測(cè)試精度的前提下，盡

2、可能簡(jiǎn)單，但可以設(shè)計(jì)兩個(gè)以上的電路。要求輸出電壓范圍為-3V~3V。責(zé)任設(shè)計(jì)人：楊宇科。4、編寫虛擬儀器程序，完成校準(zhǔn)和對(duì)傳感器靜態(tài)特性曲線的顯示，計(jì)算傳感器的線性度（用最小二乘線性度、或端基線性度表示）、靈敏度（包括放大器，V/kg)、重復(fù)誤差、遲滯誤差等靜態(tài)指標(biāo)。責(zé)任設(shè)計(jì)人：楊宇科。二、傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇（1）傳感器結(jié)構(gòu)的機(jī)械制圖圖2.1實(shí)際實(shí)驗(yàn)原理圖（式2.1）..圖2.2AntoCAD繪制機(jī)械原理圖（2）彈性體的材料選擇因?yàn)閺椥泽w在稱重傳感器中主要用來(lái)承載重物的載荷，形成變形，以便粘

3、貼在彈性體上的應(yīng)變片感受到變形，從而得到重物質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)稱重傳感器的設(shè)計(jì)功能。所以，一般對(duì)彈性體有如下具體的要求：1.強(qiáng)度高：具有較強(qiáng)的抗壓(或抗拉)強(qiáng)度,以便在高載荷下有足夠的安全性能。2.溫度系數(shù)小且穩(wěn)定3.彈性滯后、彈性后效小4.良好的機(jī)械加工和熱處理性能5.耐腐蝕性能好常用的彈性體材料有：鉻鋼，合金鋼，鉻錳彈簧鋼，鈹青銅，鋁合金本次設(shè)計(jì)的傳感器彈性體采用硬鋁合金進(jìn)行制作，以下對(duì)硬鋁合金的性能指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單概述：硬鋁合金主要指鋁—銅系的鋁合金材料，這類合金的抗拉強(qiáng)度高，具有較好的塑性，具有較高的

4、疲勞性能和斷裂韌度，耐熱性和加工性能良好，但耐蝕能力較低，需要進(jìn)行防腐保護(hù)。以2A11硬鋁合金為例：其熱學(xué)性能如下：線膨脹系數(shù)：-50~20℃21.8μm?(m?Κ)-120~100℃22.9μm?(m?Κ)-1質(zhì)量熱容：924100℃J?(kg?Κ)-1熱導(dǎo)率：T4:11825℃W?(m?Κ)-1其電學(xué)性能如下：20℃電阻率：T4:54nΩ?m..其室溫力學(xué)性能：彈性模量E：71GPa切變模量G：27GPa屈服強(qiáng)度σ0.2：250MPa抗拉強(qiáng)度σb：410MPa伸長(zhǎng)率δ10：15%泊松比μ:0.

5、31抗剪強(qiáng)度στ:270MPa疲勞強(qiáng)度σ-1:125MPa（3）總結(jié)與體會(huì)在設(shè)計(jì)機(jī)械圖時(shí)，由于沒(méi)有具體的數(shù)據(jù)，只能靠直尺測(cè)量，因此會(huì)有些許微小的誤差，不過(guò)可以大體看出來(lái)測(cè)試機(jī)械原理，一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)選擇面會(huì)有一些問(wèn)題，不過(guò)在我弄懂AutoCAD的三維分布就很好解決了，最后用“差集”方法打洞完成。三視圖和實(shí)體三維圖均反映在一張圖上。三、貼片工藝與力學(xué)特性分析（1）貼片工藝分析由電路理論和傳感器原理可知，采用單臂測(cè)量時(shí)輸出為：ui=uk4ε1（式3.1）采用差動(dòng)半橋測(cè)量時(shí)輸出為：ui=uk4ε1-ε2（式

6、3.2）采用差動(dòng)全橋測(cè)量時(shí)輸出為：ui=uk4ε1-ε2-ε3+ε4（式3.3）又ε1=-ε2=-ε3=ε4（式3.4）可知采用差動(dòng)全橋時(shí)靈敏度最高，為差動(dòng)半橋測(cè)量的2倍，單臂測(cè)量的4倍。綜上所述：應(yīng)該使用4片應(yīng)變片粘貼在懸臂梁上構(gòu)成差動(dòng)全橋測(cè)量電路。具體粘貼工藝與步驟如下：1.準(zhǔn)備工作：對(duì)彈性體的表面進(jìn)行處理，保證干凈整潔光滑平整；2.粘貼應(yīng)變片；3.連線組成測(cè)量電橋，務(wù)必使對(duì)臂電阻變化相反，已構(gòu)成差動(dòng)電路，消除溫度等的影響；4.復(fù)查；5.固化；..（2）等截面懸臂梁的力學(xué)特性分析根據(jù)稱重傳感器

7、的量程要求為0——500g，屬于小量程測(cè)量。由（二）可知，采用懸臂梁結(jié)構(gòu)（如圖3.1所示）進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下就等截面懸臂梁進(jìn)行力學(xué)特性分析：圖3.1由材料力學(xué)可知：應(yīng)變片粘貼處的應(yīng)變?yōu)椋害?=σE=6Pl0bh2E(式3.5）則測(cè)得的重力為：P=bh2E24l0ε0(式3.6）由（式3.5）、（式3.6）可知，應(yīng)變片所測(cè)應(yīng)變?chǔ)?與力P作用的位置l0有關(guān)，換言之，系統(tǒng)所測(cè)得的力F的大小隨力P作用位置l0的變化而變化。同時(shí)，所測(cè)力P的大小還會(huì)受到因載荷不正中而引起的偏心帶來(lái)的扭矩的影響。（3）帶角鋼形狀剛

8、體的等截面懸臂梁的力學(xué)特性分析為了解決（2）中的傳感器的輸出隨載荷的位置而改變及載荷不正中帶來(lái)的影響，在（2）中等截面懸臂梁的自由端加上如圖所示的角鋼形狀的剛體。以下就帶角鋼形狀剛體的等截面懸臂梁（如圖3.2所示）進(jìn)行力學(xué)特性分析:由材料力學(xué)可知，作用于角鋼形狀剛體上的力P與彎矩之差?M成正比，即:P∝ΔM=M1-M2（式3.7）可得梁上所貼4個(gè)應(yīng)變片所感受到的應(yīng)變值分別為：ε1=PL2+MEW（式3.8）ε2=PL1+MEW（式3.9）ε3=-PL2+MEW（式3.10）ε4=-