課程設(shè)計(jì)---基于應(yīng)變電阻的筒式壓力傳感器

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　傳感器技術(shù)在當(dāng)代科技領(lǐng)域占有十分重要的地位。所謂傳感器就是能夠規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用于輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器的種類(lèi)很多，其中的電阻應(yīng)變式傳感器就是應(yīng)用及其廣泛的一種。</p><p>　　電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史。將電阻應(yīng)變片粘貼到各種彈性敏感元件上，可構(gòu)成測(cè)量位移、力、力矩、壓

2、力等各種參數(shù)的電阻應(yīng)變式傳感。電阻應(yīng)變式傳感器具有以下很多優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠；</p><p>　　易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化合多點(diǎn)同步測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量和遙測(cè)；</p><p>　　靈敏度高，測(cè)量速度快，適合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量；</p><p>　　可以測(cè)量多種物理量。</p><p&g

3、t;　　電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理很簡(jiǎn)單。電阻應(yīng)變式式傳感器由彈性敏感元件與電阻應(yīng)變片構(gòu)成。彈性元件在感受被測(cè)量時(shí)將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變。而粘貼在敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生變形，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這樣，測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化就可以確定被測(cè)量的大小了。</p><p>　　設(shè)計(jì)的傳感器的技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　最大量程：10MP

4、a</p><p><b>　　精度：1級(jí)</b></p><p>　　最大工作頻率：30KHz</p><p>　　第一章 電阻應(yīng)變敏感元件的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 電阻--應(yīng)變特性</p><p>　　我們知道金屬絲的電阻可表示為</p><p><

5、;b>　　(1.1)</b></p><p>　　式中R---金屬絲的電阻；</p><p>　　---金屬絲的電阻率（·mm²/m）；</p><p>　　L---金屬絲的長(zhǎng)度(m);</p><p>　　F---金屬絲的截面積。如圖1—1示，</p><p>　　圖1—1金屬導(dǎo)

6、體受力變形情況 </p><p>　　考慮到金屬材料的泊松效應(yīng)，經(jīng)數(shù)學(xué)變換可以得到金屬絲的電阻應(yīng)變特性</p><p>　　即（1.2）</p><p>　　令（1-3）</p><p>　　稱(chēng)為金屬絲的靈敏系數(shù)，表征金屬絲產(chǎn)生單位變形時(shí)電阻相對(duì)變化的大小。由于目前還不能用確切的表達(dá)式給出，因此都由實(shí)驗(yàn)

7、測(cè)得。實(shí)驗(yàn)表明，在金屬絲變形的彈性范圍內(nèi)，電阻相對(duì)變化與應(yīng)變式成正比的，故是一個(gè)常數(shù)。所以式（1-3）以增量表示為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　金屬絲做成敏感柵時(shí)，其電阻—應(yīng)變特性就與直線時(shí)不同了，實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)變片的與的關(guān)系在很大范圍內(nèi)仍有很好的線性關(guān)系，即</p><p><b>　　(1--

8、5)</b></p><p>　　式中為電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。因?yàn)閼?yīng)變片存在橫向效應(yīng)所以< 。</p><p>　　1.2 應(yīng)變片的選擇</p><p>　　1.應(yīng)變片材料的選擇</p><p>　　（1）靈敏系數(shù)和電阻率要盡可能高而穩(wěn)定，電阻率與機(jī)械應(yīng)變之間應(yīng)該具有良好而寬廣的線性關(guān)系，即要求在很大范圍內(nèi)位常數(shù)；</

9、p><p>　?。?）電阻溫度系數(shù)要小，電阻—溫度間的線性關(guān)系和重復(fù)性好；</p><p>　?。?）機(jī)械強(qiáng)度高，輾壓及焊接性能好，與其他金屬之間接觸熱電勢(shì)?。?lt;/p><p>　?。?）抗氧化、耐腐蝕性能強(qiáng)、無(wú)明顯機(jī)械滯后。</p><p>　　制作應(yīng)變片敏感柵常用的材料有康銅、鎳鉻合金、鐵鎳鉻合金、貴金屬（鉑、鉑鎢合金等）材料等，材料的性能見(jiàn)

10、表1—1.</p><p>　　表1—1常見(jiàn)應(yīng)變電阻合金材料性能表</p><p>　　由上表，選擇康銅箔片作為敏感柵材料?？点~這種材料容易得到，價(jià)格便宜，其電阻溫度系數(shù)較小。</p><p><b>　　2.應(yīng)變片基底材料</b></p><p>　　基底的作用是固定應(yīng)變計(jì)的敏感柵，使它保持一定的幾何形狀，并使電阻敏感

11、柵與彈性元件相互絕緣。所以它是電阻應(yīng)變計(jì)的重要組成部分。應(yīng)變片基底材料有紙和聚合物兩大類(lèi)，紙類(lèi)逐漸被膠基（有機(jī)聚合物）取代，因?yàn)槟z基各方面性能都好于紙基。膠基是由環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和聚酰亞胺等制成膜，厚約0.03—0.05mm.對(duì)基底材料性能的要求有如下要求：</p><p>　　機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好；</p><p><b>　　粘貼性能好；</b></p>

12、;<p><b>　　電絕緣性能好；</b></p><p>　　熱穩(wěn)定性好和抗?jié)裥院茫?lt;/p><p><b>　　無(wú)滯后和蠕變。</b></p><p>　　所以可以選用玻璃纖維布作為基底材料。</p><p><b>　　3.引線材料</b></p&g

13、t;<p>　　引出線是連接敏感柵和測(cè)量線路的絲狀或帶狀的金屬導(dǎo)線，一般要求引出線材料具有低的穩(wěn)定的電阻率及小的電阻溫度系數(shù)。常溫應(yīng)變計(jì)引出線多用鍍銀紫銅絲或銅帶，高溫應(yīng)變計(jì)多采用鎳鉻、銀、鉑或鉑鉻等。高疲勞壽命的應(yīng)變計(jì)采用鈹青銅作引出線。引出線與敏感柵的連接，可以用錫焊、電弧焊、電接觸焊等?？点~絲敏感柵應(yīng)變片引線采用直徑為0.05—0.18mm的銀銅絲，采用點(diǎn)焊焊接。</p><p><b&

14、gt;　　4.粘合劑</b></p><p>　　電阻應(yīng)變片工作時(shí)總是被粘貼在試件或傳感器的彈性元件上。在測(cè)試被測(cè)量時(shí)粘合劑所形成的膠層起著非常重要的作用，它應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤地將試件或彈性元件的應(yīng)變傳遞到應(yīng)變片的敏感柵上去。所以粘合劑與粘貼技術(shù)對(duì)于測(cè)量結(jié)果有直接作用。</p><p><b>　　粘合劑的要求有：</b></p><p>

15、　?。?）有一定的粘結(jié)強(qiáng)度；</p><p>　　（2）能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變；</p><p><b>　?。?）蠕變小；</b></p><p><b>　?。?）機(jī)械滯后小；</b></p><p>　?。?）耐疲勞、性能好</p><p>　?。?）長(zhǎng)期穩(wěn)定性好；</p

16、><p>　?。?）能夠足夠的穩(wěn)定性能；</p><p>　　（8）對(duì)彈性元件和應(yīng)變片不產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用</p><p>　?。?）有適當(dāng)?shù)馁A存期</p><p>　?。?0）有較大的使用溫度范圍。</p><p>　　在實(shí)際上不可能滿足所有的要求只能針對(duì)具體條件和主要性能要求選用適當(dāng)?shù)恼澈蟿?lt;/p>&l

17、t;p><b>　　5.應(yīng)變極限</b></p><p>　　對(duì)于已安裝好的應(yīng)變計(jì)，在一定溫度下，指示應(yīng)變與被測(cè)試件真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)誤差不超過(guò)一定值（一般為10%)時(shí)，所能測(cè)量的最大真實(shí)應(yīng)變值稱(chēng)為應(yīng)變極限。我們要求應(yīng)變片的應(yīng)變極限至少要大于1000×10-6。</p><p>　　影響應(yīng)變極限的主要因素是粘結(jié)劑和基底材料傳遞變形的能力，以及應(yīng)變片的安裝質(zhì)

18、量。為了減小此影響，應(yīng)選用抗剪強(qiáng)度較高的粘結(jié)劑和基底材料，以及合理的粘貼安裝。基底和粘結(jié)劑的厚度不要太大，并應(yīng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行固化處理，才能獲得較高的應(yīng)變極限。而工作溫度的升高會(huì)使應(yīng)變極限下降。</p><p><b>　　6.應(yīng)變片的電阻值</b></p><p>　　是指未安裝的應(yīng)變片，在不同的外力作用下，在室溫條件下測(cè)定的電阻值，也稱(chēng)為原始電阻值，單位為。應(yīng)變片電阻值

19、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)有：60、120、350、600和1000等各種阻值，目前傳感器生產(chǎn)中大多數(shù)選用120 Ω 或350 Ω 的應(yīng)變片，但是由于大阻值應(yīng)變片具有通過(guò)電流小、自熱引起的溫升低、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)測(cè)量信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，并且大阻值應(yīng)變片可以減小應(yīng)變焦耳熱引起的零漂，提高傳感器長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。因此，在不考慮價(jià)格因素的前提下，使用大阻值應(yīng)變片，對(duì)提高傳感器精度是有益的。我們選用電阻值為120的 應(yīng)變片。</p

20、><p>　　7.應(yīng)變片基長(zhǎng)的確定</p><p>　　當(dāng)應(yīng)變波為正弦波時(shí)，其波幅測(cè)量誤差為</p><p><b>　　（1--5）</b></p><p>　　上式中---正弦應(yīng)變波長(zhǎng)；</p><p><b>　　---應(yīng)變片基長(zhǎng)；</b></p><p

21、>　　由上式可知，測(cè)量誤差與應(yīng)變波長(zhǎng)對(duì)基長(zhǎng)的比值有關(guān)。為使測(cè)量誤差盡量小，使，將展開(kāi)成級(jí)數(shù)并略去高階小量后，得</p><p><b>　?。?—6）</b></p><p>　　金屬應(yīng)變片貼在試件材料上（是常量），對(duì)于正弦波的響應(yīng)誤差隨著柵長(zhǎng)和頻率的增加而增加，按給定精度確定和：</p><p><b>　?。?—7）<

22、/b></p><p><b>　?。?—8）</b></p><p>　　因此基長(zhǎng)應(yīng)盡量短才能更好地測(cè)量出應(yīng)變值。</p><p>　　按照設(shè)定的最高工作頻率=30KHz,精度等級(jí)為1級(jí)，</p><p>　　對(duì)于低碳鋼，=5000，于是=13。</p><p>　　1.3 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)選

23、擇</p><p>　　應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)形式很多，主要有絲式應(yīng)變片、箔式應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片等。下圖分別是上述應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>　　圖1--2 絲式應(yīng)變片</p><p><b>　　圖1—3箔式應(yīng)變片</b></p><p>　　圖1—4半導(dǎo)體應(yīng)變片</p><p>　　比較

24、三種電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)：</p><p>　　絲式應(yīng)變片：制作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜、易于粘貼。但回線式應(yīng)變片橫向效應(yīng)大，而短接式應(yīng)變片焊點(diǎn)多，在沖擊、振動(dòng)條件下，易在焊接處出現(xiàn)疲勞破壞，對(duì)制造工藝的要求高。</p><p>　　箔式應(yīng)變片：表面積大、散熱性能好，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性好，可通過(guò)較大工作電流，橫向效應(yīng)小，蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命高，但工藝復(fù)雜。</p><p&

25、gt;　　半導(dǎo)體應(yīng)變片：靈敏系數(shù)大，動(dòng)態(tài)特性好，但重復(fù)性及溫度、時(shí)間穩(wěn)定性較差，應(yīng)變時(shí)非線性嚴(yán)重，互換性差。</p><p>　　根據(jù)測(cè)量條件，選用絲式應(yīng)變片作為敏感元件。</p><p>　　第二章彈性元件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1彈性元件材料選擇</p><p>　　彈性敏感元件在傳感器中因?yàn)橹苯訁⑴c變換和測(cè)量，所以對(duì)它有一定要求

26、。</p><p>　　在任何情況下，它應(yīng)該保證有良好的彈性特性，足夠的精度和穩(wěn)定性，在長(zhǎng)時(shí)間中使用和溫度變化時(shí)都應(yīng)該保持穩(wěn)定的性能。因此對(duì)材料的基本要求是：</p><p>　?。?）彈性滯后和彈性后效?。?lt;/p><p>　?。?）彈性模數(shù)和溫度系數(shù)要?。?lt;/p><p>　?。?）線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定；</p><p

27、>　?。?）彈性極限和強(qiáng)度極限要高；</p><p>　　（5）具有良好的穩(wěn)定性和耐腐蝕性；</p><p>　?。?）具有良好的機(jī)械加工性能和熱處理性能。</p><p>　　表2—1 常用彈性材料的溫度性能</p><p>　　在本傳感器中的彈性元件材料選擇為低碳鋼。</p><p>　　2.2 彈性元件尺寸

28、的計(jì)算</p><p>　　如圖2-1所示為筒式壓力傳感器的敏感元件</p><p>　　圖2-1 筒式壓力傳感器彈性元件</p><p>　　由理論力學(xué)知道筒形薄壁壓力容器</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　其中<

29、;/b></p><p>　　---圓周方向的拉伸應(yīng)力；</p><p>　　---筒內(nèi)部工作壓力； </p><p><b>　　---筒內(nèi)徑；</b></p><p><b>　　---筒壁厚。</b></p><p>　　由所選用的彈性材料，查表其=345MPa,

30、取安全系數(shù)2.6得其許用應(yīng)力.</p><p>　　根據(jù)設(shè)定傳感器的最大測(cè)量范圍為=10MPa，選定內(nèi)徑為=50。于是</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　實(shí)際取。</b></p&

31、gt;<p>　　在筒臂較薄的強(qiáng)況下計(jì)算筒的環(huán)向應(yīng)變：</p><p><b>　　(2.3)</b></p><p>　　其中，取泊松比為，計(jì)算得出</p><p>　　我們知道薄壁圓筒振動(dòng)的固有頻率為</p><p><b>　　(2.4)</b></p><

32、;p><b>　　其中</b></p><p>　　---圓筒部分長(zhǎng)度；</p><p><b>　　---圓筒內(nèi)半徑；</b></p><p>　　---圓筒材料的彈性模量，對(duì)于低碳鋼為208GPa;</p><p>　　---圓筒材料的密度,對(duì)于低碳鋼為。</p><p

33、>　　根據(jù)傳感器設(shè)定的最大工作頻率，并且為避免共振現(xiàn)象發(fā)生應(yīng)使傳感器工作頻率遠(yuǎn)離固有頻率一般應(yīng)使。于是將數(shù)據(jù)帶入式（2.4）算得。</p><p>　　第三章 電橋及測(cè)量電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 電橋的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)選擇的傳感器彈性元件的形狀選擇的電橋?yàn)閱伪垭姌颍ㄖ绷麟姌颍?，如圖3—1所示。

34、</p><p><b>　　圖3—1 單臂電橋</b></p><p>　　圖3—1的電橋是由直流電壓供電的直流電橋，其中第一臂是應(yīng)變片。應(yīng)變片未承受應(yīng)變此時(shí)的阻值是,電橋處于平衡狀態(tài)，電橋輸出電壓為。當(dāng)承受應(yīng)變時(shí)，產(chǎn)生的變化，電橋變化不平衡電壓輸出：</p><p>　　即(3.1)</p><p&g

35、t;　　由平衡初始條件并設(shè)，略去微小量，有輸出電壓</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　電橋靈敏度</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　分析式（3.2）和式（3.3）得知</p>&

36、lt;p>　?。?）電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓, 供電電壓越高, 電橋電壓靈敏度越高, 但供電電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制, 所以要作適當(dāng)選擇;</p><p>　?。?）電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù), 恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比n的值, 保證電橋具有較高的電壓靈敏度。</p><p>　　于是要使靈敏度最大可用靈敏度對(duì)求偏導(dǎo)數(shù)，求得，這樣(3.4)<

37、/p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　考慮到溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響，必須進(jìn)行溫度的補(bǔ)償，選用如圖3—2的熱敏電阻補(bǔ)償法。</p><p>　　圖3—2 熱敏電阻補(bǔ)償法</p><p>　　熱敏電阻處在與應(yīng)變片相同的溫度條件下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時(shí)，熱敏電阻的阻值也下降，使電橋

38、的輸入電壓隨著溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出，補(bǔ)償因應(yīng)變片引起的輸出下降。選擇分流電阻的值，可以得到良好的補(bǔ)償。</p><p>　　3.2 信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在從敏感元件中輸出的信號(hào)一般是比較微弱的，而且往往還含有各種噪聲，如果噪聲與信號(hào)強(qiáng)度處在同一數(shù)量級(jí)那么信號(hào)極易被噪聲淹沒(méi)，所以必須要信號(hào)處理電路（或調(diào)制解調(diào)電路）。</p><p>

39、　　信號(hào)處理電路的基本流程如圖3—3所示。</p><p>　　圖3—3 信號(hào)處理電路流程圖</p><p>　　傳感器的基本工作流程為：從傳感器輸出的經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)很微弱經(jīng)過(guò)放大器放大之后信號(hào)放大；放大后的信號(hào)含有大量的噪聲信號(hào)需要經(jīng)過(guò)檢波電路檢出幅值的包絡(luò)線；經(jīng)檢波的信號(hào)再由濾波電路處理可得出信號(hào)的幅值；最后信號(hào)送指示或顯示器件。</p><p><b&g

40、t;　　1.放大電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　傳感器的輸出電信號(hào)是很微弱的，且與電路之間的連接有一定的距離。傳感器有內(nèi)阻，電纜也有電阻，這些電阻和放大電路等產(chǎn)生的噪聲以及環(huán)境噪聲都會(huì)對(duì)放大電路造成干擾，影響其正常工作，因此對(duì)測(cè)量放大電路的基本要求是：</p><p>　?。?）測(cè)量放大電路的輸入阻抗與傳感器的輸出阻抗要相匹配；</p><p>

41、　?。?）穩(wěn)定的放大倍數(shù)；</p><p><b>　?。?）低噪聲；</b></p><p>　?。?）低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流，以及低的漂移；</p><p>　?。?）足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率（無(wú)畸變地放大瞬態(tài)信號(hào)）；</p><p>　　（6）高共模抑制比和高共模輸入范圍；</p><p&g

42、t;　?。?）可調(diào)的閉環(huán)增益；</p><p>　?。?）線性好，精度高；</p><p><b>　?。?）成本低。</b></p><p>　　為使測(cè)量更加可靠測(cè)量放大電路選擇通用集成放大器組成形式的放大電路，這種形式的放大電路具有精度高、調(diào)節(jié)方便、性能價(jià)格比好等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　如圖3—4所示為設(shè)計(jì)的放大

43、電路。</p><p>　　圖3—4高輸入阻抗搞共模抑制比放大電路</p><p>　　上圖所示的電路具有很高的輸入阻抗很高的共模抑制比并且開(kāi)環(huán)增益也很高；失調(diào)電壓、電流、噪聲和漂移都很小。, 組成第一級(jí)同相并聯(lián)差動(dòng)放大器，這一級(jí)的放大輸出為；, 輸入端不吸收電流，并且電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，漂移和失調(diào)相互抵消，具有抑制共模信號(hào)干擾的能力，構(gòu)成第二級(jí)差動(dòng)放大，提高放大倍數(shù)，欲有效地抑制共模信號(hào)干擾，

44、須使電路中，則放大器總輸出為</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　調(diào)節(jié)電位器，可改變放大器增益，令,則 (3.7)</p><p>　　設(shè)計(jì)放大器的放大倍數(shù)</p><p>　　為提高測(cè)量精度優(yōu)先選用國(guó)家規(guī)定的E-96系列的電阻，此系列的金屬膜電阻精度達(dá)到1%。</p

45、><p>　　將上式中的電阻值,帶入式（3.7）可得最大增益約為</p><p><b>　　。</b></p><p>　　2.調(diào)幅與檢波電路的選擇</p><p>　　在測(cè)量中通常噪聲含有各種頻率，即近乎白噪聲，這時(shí)賦以測(cè)量信號(hào)一個(gè)特定的載波頻率，只讓以載波頻率為中心的一個(gè)很窄的頻帶內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，就可以有效地抑制噪聲。&

46、lt;/p><p>　　在本傳感器中用兩個(gè)乘法器分別構(gòu)建幅度調(diào)制電路和相敏進(jìn)檢波電路.</p><p>　　如圖3—5為集電極調(diào)幅電路。</p><p>　　圖3—5 集電極調(diào)幅電路</p><p>　　圖中用來(lái)調(diào)節(jié)引出腳1，4之間的平衡，器件采用雙電源方式供電（+12V，-8V），所以5腳偏置電阻接地。電阻為器件提供靜態(tài)偏置電壓，保證器件內(nèi)部各

47、個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)。載波信號(hào)加在的輸入端，即引腳8、10之間；載波信號(hào)經(jīng)高頻耦合電容從10腳輸入，為高頻旁路電容，使8腳交流接地。調(diào)制信號(hào)加在差動(dòng)放大器的輸入端，即引腳1、4之間，調(diào)制信號(hào) 經(jīng)低頻耦合電容從1腳輸入。2、3腳外界電阻，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。當(dāng)電阻增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。以調(diào)制信號(hào)取自雙差動(dòng)放大器的兩集電極（即引出腳6、12之間）輸出。</p><p>　　如圖3—6為乘法

48、檢波電路。</p><p>　　圖3—6乘法檢波電路</p><p>　　該電路為單邊帶調(diào)幅信號(hào)檢波器，其解調(diào)原理是將所接收到的單邊帶(SSB)信號(hào)與接收端恢復(fù)的發(fā)送載波相乘，完成解調(diào)工作。圖中集成塊MC1496為平衡調(diào)制和解調(diào)器，電路的輸出電壓是輸入電壓信號(hào)和由載波提供的開(kāi)關(guān)函數(shù)的乘積。該電路工作在9MHz中頻頻率時(shí)的靈敏度為3μV，動(dòng)態(tài)范圍為90dB。 </p><

49、p><b>　　3 濾波電路的選擇</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)相敏檢波電路輸出的信號(hào)還需要經(jīng)過(guò)低通濾波器才能得到信號(hào)的包絡(luò)線即調(diào)制信號(hào)。如圖3—7為壓控電壓源型二階濾波器電路的基本結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖3—7壓控電壓源型二階濾波器電路的基本結(jié)構(gòu) </p><p>　　在上圖中取和為電阻，和為電容，開(kāi)路，可構(gòu)成低通濾波電路，其

50、傳遞函數(shù)，濾波器的參數(shù)為</p><p>　　傳感器的測(cè)量上限頻率是30KHz，所以選擇低通濾波器的上限截至頻率為35KHz。在實(shí)際選擇電子元器件時(shí)應(yīng)該是器件的種類(lèi)越少越好，查閱國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇，另外令，由</p><p><b>　　其中，算得</b></p><p><b>　　,</b></p>&l

51、t;p>　　按照E-96系列電阻值可定為9.53KHz。</p><p><b>　　第四章 誤差分析</b></p><p>　　傳感器無(wú)可避免的存在著誤差，這些誤差有些是原理性誤差，有些是加工和安裝誤差。只要將誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)就認(rèn)為設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要存在著這樣一些原理性誤差：</p>&

52、lt;p>　　1 應(yīng)變片的電阻值由于忽略了橫向效應(yīng)設(shè)計(jì)出的電阻應(yīng)變片存在誤差；</p><p>　　2 計(jì)算筒形薄壁壓力時(shí)將圓筒看成理想薄壁計(jì)算出的壓力值存在誤差；</p><p>　　3 計(jì)算應(yīng)變片基長(zhǎng)時(shí)有近似計(jì)算；</p><p>　　4 計(jì)算電橋時(shí)的近似計(jì)算帶來(lái)誤差。</p><p>　　下面主要分析前兩種誤差產(chǎn)生的原因。<

53、/p><p>　　應(yīng)變片的電阻值由于忽略了橫向效應(yīng)設(shè)計(jì)出的電阻應(yīng)變片存在誤差</p><p>　　金屬絲式應(yīng)變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，而其橫向應(yīng)變也使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化。應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱(chēng)為橫向效應(yīng)。如圖4—1所式。</p><p>　　圖4—1敏感

54、柵半圓形部分</p><p>　　若敏感柵有n根縱柵，每根長(zhǎng)為l，半徑為r，在軸向應(yīng)變?chǔ)抛饔孟?，全部縱柵的變形視為ΔL1</p><p>　　半圓弧橫柵同時(shí)受到和的作用，在任一微小段長(zhǎng)度上的應(yīng)變和可由材料力學(xué)公式求得 </p><p>　　每個(gè)圓弧形橫柵的變形量Δl 為</p><p>　　縱柵為n根的應(yīng)

55、變片共有n-1個(gè)半圓弧橫柵，全部橫柵的變形量為</p><p>　　應(yīng)變片敏感柵的總變形為</p><p>　　敏感柵柵絲的總長(zhǎng)為L(zhǎng)，敏感柵的靈敏系數(shù)為KS，則電阻相對(duì)變化為</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　那么有，</b></p><p>

56、;　　可見(jiàn)，敏感柵電阻的相對(duì)變化分別是和和作用的結(jié)果。橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)之比值，稱(chēng)為橫向效應(yīng)系數(shù)H。即：</p><p>　　可見(jiàn)，r愈小、l愈大，則H愈小。即敏感柵越窄、基長(zhǎng)越長(zhǎng)的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。</p><p>　　筒形薄壁壓力時(shí)將圓筒看成理想薄壁計(jì)算出的壓力值存在誤差</p><p><b>　　如圖4—2所示</b&

57、gt;</p><p>　　圖4—2二向應(yīng)力狀態(tài)</p><p><b>　　受力分析有</b></p><p>　　上式的應(yīng)力計(jì)算公式適用于的薄壁壓力容器。下表是計(jì)算的與“彈性力學(xué)”精確的結(jié)果的比較。</p><p>　　表4.1 薄壁容器環(huán)向應(yīng)變應(yīng)力公式計(jì)算的與精確解的相對(duì)誤差</p><p>

58、;　　由表可見(jiàn)當(dāng)時(shí)，誤差小于5%。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　2 何金田，張斌主編. 傳感器原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)指南. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2009</p><p>　　3 張國(guó)雄主編. 測(cè)控電路.

59、北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　4 陳傳堯編. 工程力學(xué). 北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　5 劉迎春，葉湘賓編著. 傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2006</p><p>　　6 曲興華主編. 儀器制造技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　7 康華光主編. 電