電阻應變式拉力傳感器與轉(zhuǎn)換電路設計

1、電阻應變式拉力傳感器與轉(zhuǎn)換電路設計目錄一、摘要錯誤!未指定書簽。二、設計目的意義錯誤!未指定書簽。三、應變式荷重傳感器的原理錯誤!未指定書簽。四、傳感器形狀設計錯誤!未指定書簽。4.1輪輻式傳感器錯誤!未指定書簽。4.2梁式傳感器錯誤!未指定書簽。4.3環(huán)式傳感器錯誤!未指定書簽。4.4柱式傳感器錯誤!未指定書簽。五、彈性元件設計錯誤!未指定書簽。5.1彈性元件的材料要求錯誤!未指定書簽。5.2彈性元件的選擇錯誤!未指定書簽。5.2.1常見的彈性元件錯誤!未指定書簽。5.2.2硬化不銹鋼材料介紹錯誤!未指定書簽。5.3彈性元件的分析和計算錯誤!未指定書簽。5.3.1彈性元件的參數(shù)計算錯誤!未指

2、定書簽。5.3.2截面積的計算錯誤!未指定書簽。5.3.3柱高H及其他尺寸的確定錯誤!未指定書簽。六、電阻應變片設計錯誤!未指定書簽。6.1電阻應變片類型的選擇錯誤!未指定書簽。6.2應變片的材料錯誤!未指定書簽。6.2.1應變片敏感柵的材料錯誤!未指定書簽。6.3應變片主要參數(shù)的確定錯誤!未指定書簽。3.1幾何尺寸錯誤!未指定書簽。3.2金屬箔式應變片錯誤!未指定書簽。七、轉(zhuǎn)換電路原理及設計錯誤!未指定書簽。電橋電路設計錯誤!未指定書簽。1.1電橋電路原理錯誤!未指定書簽。1.2非線性誤差錯誤!未指定書簽。轉(zhuǎn)換電路和信號放大電路錯誤!未指定書簽。各部件之間的輸入輸出關系錯誤!未指定書簽。八、

3、總結(jié)錯誤!未指定書簽。九、參考文獻錯誤!未指定書簽。十、附錄錯誤!未指定書簽。一、摘要傳感器是感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號（通常為電信號）的器件或裝置，傳感器是發(fā)展儀器儀表、自動控制和廣泛應用計算機的前提條件。本次設計了一個應變式荷重傳感器。應變式荷重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表而的電阻應變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化，再經(jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。應變式荷重傳感器是目前應用最廣泛地傳感器之一，已廣泛地應用于航空、機械、電力

4、、化工、建筑、醫(yī)療等領域中的力、壓力、力矩、以及位移、加速度等參量的測量。二、設計目的意義應變式荷重傳感器用于靜態(tài)、動態(tài)條件下測力或稱重，在我國工業(yè)生產(chǎn)過程檢測與控制、自動測量等領域已大量應用。它是電子衡器的核心部件。它的質(zhì)量好壞是影響電子衡器計量準確度的主要因素。在實際使用中，由于受到原材料及制造工藝、安裝方法、使用條件及外部環(huán)境的影響，很容易發(fā)生故障，影響電子衡器計量數(shù)據(jù)的準確及穩(wěn)定的運行。因此，了解應變式荷重傳感器的基本原理及故障原因，熟練掌握故障的分析判斷技術(shù)，是快速準確地處理電子衡器的故障，保證其準確、穩(wěn)定運行的關鍵。三、應變式荷重傳感器的原理應變式傳感器也稱應變片。電阻應變片的工作

5、原理是基于導體的電阻應變效應，將測量物體的變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。現(xiàn)已廣泛應用于工程測量和科學實驗中。當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬電阻的電阻應變效應。設有一根長度為L的迫皿簟方；:麗益扁我在匯理方初,原始電阻為:圖L9 金屬電阻應變效應IV- H -當金屬電阻絲受到軸向拉力F作用時，將伸長AL,橫截面積相應減小AS,電阻值AR的變化引起電阻的相對變化為：RAl3bp=+RIsp由材料力學知：其中：左一沿某彳題的思阻題=鼠處:您短向有關：LE彈性模量；材料而受W力o忽略壓阻效應，并根據(jù)有關的力學應變關系可得到公式如下：=+22+nEs=（1+2+7t

6、E=&=%（）RL可見在金屬電阻絲的拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對變化與軸向應變成正比。應變式傳感器類型有：金屬絲式應變片，金屬箔式應變片，金屬薄膜應變片三種。特點：可測微應變l-2um,且精度高、性能穩(wěn)定；尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，響應快：測量范圍大；環(huán)境要求不高；便于多點測量。卜搬州2、1底3T戰(zhàn)電阻應變片組成圖四、傳感器形狀設計此次荷重傳感器課程設計選用應變式傳感器。設計中只要把應半片貼在承受負載的彈性元件上，通過測量彈性元件的應變大小即可求出對應的負載大小。應變式測力傳感器一般由彈性體，應變計和外殼組成。彈性體是測力傳感器的基礎，應變計是傳感器的核心。根據(jù)彈性體的結(jié)構(gòu)形式的不同可分為：輪輻

7、式，梁式，環(huán)式，柱式等。在測量拉/壓力上主要用到以上四種。輪輻式傳感器外加載荷作用在輪的頂部和輪圈底部，輪輻上受到純剪切力。每條輪輻上的剪切力和外加力F成正比。當外加力作用點發(fā)生偏移時，一面的剪切力減小，一而增加，其絕對值之和仍然是不變的常數(shù)?？梢韵d荷偏心和側(cè)向力對輸出的影響。這是一種較新型的傳感器，其優(yōu)點是精度高、滯后小、重復性及線性度好。2219R號YL-219財代干 TrvcCWM35. W. 25. 8.130. 2CO2tC.CO4 4 CaO.MIMCtl0至府Recettsilt)、 Hywwe %ccgeeogpt33H，| 達施0Mi2 aocdaAllivu iKiox

8、co.n必9MR。和 wwxn) &2:InsUxonrosIttanceMlifanS flJwwrwdrfeitv加“ Itxonn ewn2量程Q4MLHIB5-IOkb2-5t34M16X1.5 43210025-50kt10-25141MJ2X1.5 33122100Mb50t51NOX1.557.651143輪輻式傳感器梁式傳感器梁式力傳感器有多種形式，有等截而梁，等強度梁和雙端固定梁等，通過梁的彎曲變形測力,結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度較高。等截面梁其特點為結(jié)構(gòu)簡單，易加工，靈敏度高。適合于測5000N以下的載荷，也可以測量小的壓力。等強度梁力F作用于梁端三角形頂點上，梁內(nèi)各斷而產(chǎn)生的應力相

9、等，表面上的應變也相等，故對粘貼應變片位置要求不嚴。另外梁的形式還有平行雙孔梁、工字梁、S型拉力梁等。平行梁式傳感器實物圖差動電橋。環(huán)式彈性元件包括典型的圓環(huán)式、扁環(huán)式、柱環(huán)式等。環(huán)式傳感器環(huán)式常用于測幾十千克以上的大載荷，它的特點是應力分布變化大，且有正有負，便于接成環(huán)式力傳感器其中（a）為圓環(huán)式，（b）為扁環(huán)式，（c）為柱環(huán)式，（d）為電橋電路柱式傳感器柱式傳感器的彈性元件分為實心和空心兩種。應變片粘貼在彈性體外壁應力均勻的中間部分，并均勻?qū)ΨQ地粘貼多片。因為彈性元件的高度對傳感器的精度和動態(tài)特性有影響。所以對實心圓柱，一般取H22D+L,而空心圓柱一般取H，D-d+L,式中H為圓柱體高度

10、，D為圓柱外徑，d為空心圓柱內(nèi)徑，L為應變片基長。根據(jù)材料力學和惠斯頓電橋原理（均為全橋工作方式）。柱（筒）式彈性元件的參數(shù)可用下式計算：S=+,）KF,io?式中$一一傳感器的靈敏度（mV/V）,靜態(tài)使用時可取11.5mV/V那：2AE如進行靈敏度補嘗及線性補償?shù)龋狭兄祽俪艘?.2L25倍：u料的泊松比：F傳感器的額定負荷：K應變計的靈敏系數(shù)：E材料的彈性模量：A彈性元件貼片部位的截而積：圓筒式：A=4(。一/)圓柱式：A=%/4D2選擇D與d時，要考慮到構(gòu)件的穩(wěn)定性及加工條件，圓筒式的壁不能太薄。兩端的剛度要足夠。當安裝、緊固傳感器時，不應使中段產(chǎn)生腰鼓變形。過渡部分的圓弧半徑不可太小

11、，以避免造成應力集中而影響疲勞壽命。為使貼片部位應力分布均勻，長度L不可太短，圓柱式一般取L二(22.5)D,圓筒式可適當短一些。彈性元件中段的應力為：。=F/A材料選定后，應檢查是否滿足。W。為許用應力，一般?。?=(1/31/4)。s(N/mm2)式中，os材料的屈服點(N/mmZ)柱式力傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，可以測量大的拉壓力，最大可達10：N在測1000500000、時，為了提高變換靈敏度和抗橫向干擾，一般采用空心圓柱式結(jié)構(gòu)。口目口各各各尺3丑4圓柱面展開及電橋a)圓柱而展開圖b)電橋連接示意圖柱式傳感器外形尺寸柱式傳感器實物圖綜上所述，總結(jié)出四種彈性體的比較表如表4.1所示:類型負載能力

12、精度線性度工藝性體積輪輻式大高好較復雜較小梁式小高較好簡單小環(huán)式較大高好較復雜小柱式大較高較好簡單大表4.1四種彈性元件的比較結(jié)論：對以上各種形式的傳感器進行比較，由于柱式傳感器具有負載能力大，精度較高，加工工藝簡單，線性度較好等特點，并根據(jù)題目的參數(shù)要求，測力范圍：IX10,5X10,稱量精度：1$和器件的應用性，加工性，本設計選用柱式傳感器作為測量元件。五、彈性元件設計彈性敏感元件在傳感器技術(shù)中占有極為重要的地位。在傳感器工作過程中，一般是由彈性敏感元件首先把各種形式的非電物理量變換成應變量或位移量等，然后配合各種形式的轉(zhuǎn)換元件，把非電量轉(zhuǎn)換成電量。所以在傳感器中彈性元件是應用最廣泛的元件

13、。5.1彈性元件的材料要求在設計傳感器以前，首先應選擇好彈性元件材料。對彈性元件材料提出以下要求:（D強度高，彈性極限高：（2）具有高的沖擊韌性和疲勞極限：（3）彈性模量溫度系數(shù)小而穩(wěn)定；（4）熱處理后應有均勻穩(wěn)定的組織，且各向同性：（5）熱膨脹系數(shù)小：（6）具有良好的機械加工和熱處理性能：（7）具有高的抗氧化、抗腐蝕性能；（8）彈性滯后應盡量小。彈性元件的選擇常見的彈性元件（1）等截面梁（2）等強度梁（3）兩端固定梁（4）環(huán)式彈性元件（5）平膜片（6）垂鏈式膜片（7）波紋膜片和膜盒（8）圓柱式彈性元件（9）波紋管硬化不銹鋼材料介紹不銹鋼稱重傳感器的彈性元件，多使用馬氏體彌散硬化不銹鋼。例如美

14、國的174PH,15-5PH,AIS1630,英國的630,631和日本的SUS630等。這兩種不銹鋼具有良好的焊接性能，無磁性漢材R多介質(zhì)有很強的抗腐蝕能力，抗微塑變形能力強，并具有較高的耐應力松弛性能。又由于這類不銹鋼有非常好的塑性，便于加工，可用來制造形狀復雜的彈性元件，所以被廣泛應用。17-4PH和15-5PH不銹鋼的主要物理常數(shù)完全相同,即彈性模量E=2.0*10Pa,泊桑比u=0.272,密度P=7.8g/cm結(jié)論：根據(jù)應變式拉/壓傳感器的使用特性和性能指標，本次的傳感器的要求又是要求精度不太高，并為保證彈性穩(wěn)定性好，故彈性體選用硬化不銹綱材料。彈性元件的分析和計算對于荷重測量，要

15、求傳感器彈性元件具有高的彈性極限、高的沖擊韌性和疲勞極限，具有良好的機械加工和熱處理性能，具有高的抗氧化、抗腐蝕性能，而且熱膨脹系數(shù)和彈性滯后應盡量小。對于本設計，比較圓柱式彈性元件與s型彈性元件，由于s型只適用于較低應力的場合,故選用圓柱式。彈性元件的參數(shù)計算圓柱式力傳感器的彈性元件分實心和空心兩種，如下圖所示.實心圓柱可以承受較大的負荷，在彈性范圍(3-1)內(nèi)，則應力與應變成正比關系，式中：F作用在彈性元件上的集中力:S圓柱的橫截而枳。圓柱的直徑根據(jù)材料的允許應力來計算。圖3.1實心圓柱與空心圓柱由于F/SWo(3-2)而S=nd74(3-3)式中d為實心圓柱直徑。則直徑dN；(3-4)丫

16、加可由上列各式知，若想提高變換靈敏度。必須減小橫截面積S。但S減小其抗彎能力也減弱,對橫向干擾力敏感。為了解決這個矛盾，在小集中力測量時多采用空心圓筒或采用承彎膜片,空心圓筒在同樣橫截面情況下，橫向剛度大，橫向穩(wěn)定性好。同理，承彎膜片的橫向剛度也大，橫向力都由它承擔，而其縱向剛度小。空心圓柱彈性元件的直徑也要根據(jù)允許應力計算。由于巳”2)之(3-5)4所以DN；+J2(3-6)式中：D空心圓柱外徑：d空心圓柱內(nèi)徑。彈性元件的高度對傳感器的精度和動態(tài)特性都有影響。由材料力學可知，高度對沿其橫截而的變形有影響。當高度與直徑的比值H/D1時，沿其中間斷面上的應力狀態(tài)和變形狀態(tài)與其端面上作用的載荷性質(zhì)

17、和接觸條件無關。試驗研究的結(jié)果建議采用H2D+L(3-7)式中L為應變片的基長。對于空心的圓柱為HD-d+L(3-8)因此，經(jīng)比較分析選取空心圓柱作為彈性體。5.3.2截面積的計算根據(jù)上表可以比較，本次的傳感器采用不銹鋼IC”8Ni9,查表得os=1200MPa,E=200GPa.根據(jù)許用應力計算公式。當安全系數(shù)凡取2得：匕=1)=60QWP。根據(jù)公式(3-5)得：s1=（z）2-t/2）尸max _ 500000 守 60 x107=833.3而又因為應變片的應變比為800pe2000p,取o=1000ne當彈性體的應變比e，小于c才不至于損壞應變片，得到以下關系式：P1=obS)2與絲=：

18、-=25OO/zr當彈性體的截面積同時大于ShS?時才能-Eg。200 x1OxlOOOxlO-6滿足整體的設計要求S=maxSi,S2=2500n/n2為了使傳感器過載30%時不至于損壞可是當增大其而積:S=(1+50%)x2500nnr、3750加2彈性元件的外徑D不能選擇太小，否則會由于力的偏心造成很大的誤差。在實際計算時先按照額定載荷F,根據(jù)材料的參數(shù)求得b=600MPa,取D=4.0cm并由式(3-6)得：J（3Ox1O）2 -4x500000 x600 x106=2.3cm 取 d=2. 3cm這樣空心管的壁厚為:t=；（一4）=0.85c”?5.3.3柱高H及其他尺寸的確定為了防

19、止彈性元件受壓時出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，柱高H應當選得小些，但又必須使應變片能夠反映截而應變的平均值，這里選用彈性元件工作段的長度為：42(22.5)。=81取H=9cm由于壁很薄，還必須檢驗是否會出現(xiàn)局部失穩(wěn).。薄壁管的失穩(wěn)臨界應力公式為：Et200 xl09xO.lxlO-2m=;=-x,=2L6GP-(+d)j3(l-2)-(4.0+2.3)x10 x)3(10.2722)2在超過滿量程150$的情況下，彈性元件截面中的應力為：b=一1()()()()=o.9GPa因此，受力超過滿量程的150%時的應力還A哲_2.32)x1()7遠遠小于材料的比例極限和臨界應力這表明該元件不會出現(xiàn)彈性失穩(wěn)。此外，

20、在兩端需有螺紋孔，以便連接螺栓，選用螺孔為皿2,它的許用載荷大于100000N。六、電阻應變片設計電阻應變片類型的選擇電阻應變片由四個部分組成。第一是電阻絲(敏感柵)，它是應變片的轉(zhuǎn)換元件。第二是基底和而膠(或覆蓋層基底是將長肝氣彈性體表而的應變傳遞到電阻絲柵上的中間介質(zhì)，并起到電阻絲與彈性體之間的絕緣作用，面膠起著保護電阻絲的作用。第三是粘合劑，它將電阻絲與基底粘貼在一起。第四是引出線，它作為聯(lián)結(jié)測量導線之用。電阻應變片主要分為電阻絲式應變片、金屬箔式應變片和金屬薄膜應變片。由于電阻絲式應變片有橫向效應對測量的精度有影響，使靈敏度降低，而且耐疲勞性能不高。金屬薄膜應變片尚難控制電阻與溫度的變

21、化關系，不常用。故選用金屬箔式應變片。箔式應變片的主要優(yōu)點：(1)本身性能穩(wěn)定，受溫度變化的影響??；(2)使用溫度范圍比較寬，在-269+350度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作：(3)適用于各種彈性體材料及彈性結(jié)構(gòu)形式，粘貼操作簡便：(4)價格便宜。(a)單軸的(b)測扭矩的(c)多軸的(應變花)圖4.1各種金屬箔式應變片應變片的材料應變片敏感柵的材料材料的選用原則應變片敏感柵合金材料的選擇對制作應變片性能的好壞起著決定性的作用，因此對制作應變片所用的應變電阻合金有以下的要求：a有較高的靈敏系數(shù)；b電阻率高；c電阻溫度系數(shù)小，具有足夠的熱穩(wěn)定性；d機械強度高，壓碾或拉伸性能好，高溫時耐氧化性能要好，耐腐蝕性能

22、強：e與其它金屬接觸的熱電勢?。籪與引出線焊接容易。(2)常用的應變計材料目前國內(nèi)還沒有一種金屬材料能滿足上述全部要求，因此在選用時，只能給予綜合考慮，常用的有康銅、銀銘、卡瑪合金、鍥銘硅鋅等合金。其各自性能分別如下：a康銅：電阻溫度系數(shù)較小而且穩(wěn)定，同時它的Ko值對應變值的穩(wěn)定性非常高，不但在變形的彈性范用Ko保持為常熟，在進入塑性范圍后，亦基本保持為常數(shù)。所以用康銅作為敏感柵的音變機,測量范圍大，可用于大應變測量(達22%)。對康銅用不同的方法進行加工、不同的熱處理、或者改變合金成份的比例，可以改變它的電阻溫度系數(shù)（由負值到正值有較大的范圍），利用這種特性可以制造溫度自補償應變沖。在靜態(tài)應

23、變測量時，康銅的工作溫度達300C,在動態(tài)測量時，可用到400C。它可以在高的流體徑壓力下和核輻射的環(huán)境下工作。b銀銘合金：具有較高的電阻率，適于制造小標距的應變計。但電阻溫度系數(shù)較大，主要用于動態(tài)應變測量，使用溫度可達800Co在銀絡合金中加入少量的其它金屬或元素，可以改善合金的性能。例如摻入少量的鐵、鋁可制成卡瑪合金（6J22）,摻入少量的銅、鋁可制成6J23,使電阻率提高和降低電阻溫度系數(shù)，是指成為更好的適于靜態(tài)測量的材料。c鐵銘鋁合金：其電阻率較高，靈敏系數(shù)較大，而電阻溫度系數(shù)比銀絡合金小得多，比銅銀合金大。d鐵銀銘合金：靈敏系數(shù)較高，可達3.6。但由于它的電阻溫度系數(shù)大（比康銅大6倍

24、以上），同時Ko值在彈性范圍和塑性范圍時不一樣（分別為3.6和2.5）,使其應用范圍受到限制，它值適用于動態(tài)測量。結(jié)論：綜上所述，本課程設計采用的材料是康銅。應變片主要參數(shù)的確定幾何尺寸幾何尺寸在能夠使得彈性元件的應變得到充分響應，即可選用。根據(jù)經(jīng)驗安全系數(shù)出=2。因為所選的為塑性材料，則許用應力cr=0 x）.=bOOMPa七2根據(jù)。=E得：歸卜同=6（）xl,=30 x10-4L，JE2.00 x1O1因為端=S&xRxj=2.1x120 x30 x1（）7=q.756R根據(jù)二且K、.=2,A/?s.=0.756,/?s=120Q,Rs所以有=羲=需=3L5x1t所以上=4=31.5xl0

25、-4因為以卜2卜所以應取k=3L0 xl（）T進行計算。傳感器受壓軸的截面面枳為:10000同一玉2.00 x10 x31xl()T= 0.16x1。7/因為受力面積較小，故受壓軸使用圓筒（空心柱式）式結(jié)構(gòu)。傳感器的靈敏系數(shù)的確定（檢驗應變片的靈敏度是否符合要求）根據(jù)公式：S=3甯XW其中：u為材料的泊松比：F為傳感器的額定負荷；K為應變片的靈敏系數(shù)：E為材料的彈性模量：Ai為彈性元件貼片部位的截面積。有A=4DH得此傳感器的靈敏系數(shù)為:S = (1 + )KF 03(24 X E)(1 + 0.272)x2.0 x100002x3.14/4x(32 -2.82)10-4 x2.00 x101

26、1xlO3 =0.698 因為 SVSg所以應變片的靈敏度符合要求,6.3.2金屬箔式應變片箔式應變計的敏感柵是用厚度為0.0020.005亳米的銅銀合金或鍥銘合金的金屬箔，采用刻圖、制版、光刻及腐蝕等工藝過程而制成?；资窃诓牧硪幻嫱可蠘渲z，經(jīng)過加溫聚合而成，基底的厚度一般為0.030.05mm。圖4.2應變計的結(jié)構(gòu)圖4.3敏感柵的尺寸基于彈性體結(jié)構(gòu)和測量要求選用應變片的參數(shù):型號敏感柵尺寸（寬X長）mmXmm材料阻值靈敏度K基底PB-53*5箔式120Q2.0-2.2縮醛股基表6.1PB-5應變片參數(shù)七、轉(zhuǎn)換電路原理及設計電橋電路設計電橋電路原理應變片將應變的變化轉(zhuǎn)化成電阻的相對變化R

27、/R,還要把電阻的變化再轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，才能用電測量儀表進行測量。由于機械應變一般均很小，從而電阻應變式的電阻變化范圍也很小，直接測量出這一微小變化比較困難，所以一般利用橋式測量電路來精確測量出這些小的電阻變化。電橋電路的原理是：如下圖的四臂電橋所示，因為應變片電阻值變化很小，可以認為電源供電電流為常數(shù)，即加在電橋上的電壓也是定值，假定電源為電壓源，內(nèi)阻為零。當電橋平衡時，即電橋輸出電壓V。為零的條件是：RA=RR當電橋后面接放大器時，放大器的輸入阻抗都很高，比電橋的輸出電阻大很多，因此可以把電橋輸出端看成是開路。若電橋不平衡時，即時，電橋輸出：留R3R述4。=:u國+&)(&+七)恰

28、好選擇各橋臂電阻，可消除電橋的恒定輸出，使輸出電壓只與應變片輸出有關。單臂電橋時,令R1二R2,R3=R4,R2,R3,R4為定值電阻，在應變片R1工作時，其電阻R1變化AR,此時電橋的靈敏度為：ku=U/4電壓輸出為：Uo=(U/4)(AR1/R1)非線性誤差電橋電路的非線性誤差為：丫R1/2R上而各式表明，當電源電壓U及電阻相對值一定時，電橋的輸出電壓及電壓靈敏度將與各臂阻的大小無關。直流電橋的優(yōu)點是高穩(wěn)定度直流電源易于獲得，電橋調(diào)由平衡電路簡單，傳感器及測量電路分布參數(shù)影響小，測量中常用直流電橋。為減少非線性誤差，電橋電路常用的措施為：采用差動電橋：采用恒流源電橋。為了提高電橋靈敏度或進

29、行溫度補償，在橋臂中往往安置兩個應變片，電橋也可采用四臂差動電橋，其輸出電壓為：U0=UAR/R所以，本設計所選用的是全橋形式的差動電橋，且為提高電橋靈敏度或進行溫度補償，每個橋臂都安置兩個應變片。此外，由于在零壓力時，傳感器大約有2mV的不平衡輸出，并且放大器有輸入失調(diào)電壓,因此，用組成的電橋電路進行零位調(diào)整。通過改變電位器的值，可改變補償電壓的大小，以使得零壓力時UfOV,為了保證足夠的調(diào)整精度，電位器為多圈電位器。轉(zhuǎn)換電路和信號放大電路來自傳感器的信號通常都伴隨著很大的共模電壓(包括干擾電壓)。一般采用差動輸入集成運算放大器來抑制它，但是必須要求外接電阻完全平衡對稱，運算放大器才具有理想

30、特性。否則，放大器將有共模誤差輸出，其大小既與外接電阻對稱精度有關，又與運算放大器本身的共模抑制能力有關。一般運算放大器共模抑制比可達80dB,而采用由幾個集成運算放大器組成的測量放大電路，共模抑制比可達100120dB”結(jié)合以上幾點，采用了低漂移運算放大器構(gòu)成的三運放高共模抑制比放大電路。具體的電路如圖所示本電路主要分為三個部分，第一就是調(diào)理調(diào)幅電路，二就是電橋轉(zhuǎn)換電路，三就是增益放大電路，這里面還包括共模抑制電路。凡+R7各部件之間的輸入輸出關系根據(jù)上述對運算放大電路分析，其輸入級的差模增益的七=1+為使電橋放大電路的輸出電壓范圍保證在010V之間，以便后接儀表或為A/D轉(zhuǎn)換所用，則電橋放

31、大電路的差模增益應該為Kd=KdXKd3=180左右。由于根據(jù)本設計的技術(shù)要求與性能指標，可確定電橋放大電路各元件參數(shù)如下所示:R6(Q)R7(Q)R10(Q)R12(Q)R14(Q)100K100K20K40K2.25K由上表計算可得出叫、&+R?40K1OOK+1OOK八HWA=KdxK/3=(1+)=(1h)q180因止匕，|Rio跖20K2.25K電橋供電電壓U=12V時，電橋放大電路的輸出電壓范闈為:受拉時,Uo=AXUid=180X(5.356853.568)mV=O.9642249.64224V其中，Uid為電橋輸出電壓。理論計算：當壓力F=100N時,有：3FI b = T bir3x100 x7,5x1012xl0 x(2xl0-3)2225Pa=.,Pa=46.88A為b _ 46.88M4E- 210GPa= 0.2232x10-348X10-9A7?=KR=20 x350 x0.2232x107=0.15620AR-=Kr=2x0.2232x107=4.464x10一二R電橋輸出：u=u州=12X4.464XW4V=5.3568mV3-.ifrr運放輸出：U砌=AxU個帶=180 x5.3568V=964224V=0.96422V同理，當壓力F