电阻应变式压力传感器设计

摘要

传感器是一种能把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。其性能的好坏和输出信息的可靠与否，对信息系统的质量至关重要。传感器技术的日新月异必将对科学技术的迅猛发展、人类生存环境的改变以及向未来空间的扩展起到举足轻重的作用。

所以，我设计了一种测力传感器，是100T应变片测力传感器设计及加工工艺，本设计先从整体结构开始分析，阐述测力传感器的基本原理，主要说明了弹性元件的选择和设计方法，介绍了应变片的选用及粘贴方式，各种粘合剂的粘贴技巧，并简单介绍测量电路设计及放大器的选择，着重对传感器的壳体的设计及画出传感器的结构图，解决了压力方向与弹性元件不同轴的问题。总之，这是个简单的传感器，但体现了传感器的基本原理及基本概念。现代传感器已经与现代电子技术、微电子技术、生物技术、化学科学、光电技术及计算机技术相互交叉渗透而成为一门高度综合性、知识密集型的科学。所以传感器是智能高技术的前驱与标志，是现代科学技术发展的基础，也是一个国家科技水平的重要标志。

关键词：传感器；测量；弹性元件；粘合剂

目  录

摘要 I

Abstract II

第1章  绪论 1

1.1  选题的依据和意义 1

1.2  国内外传感器的研究现状 1

1.3  传感器发展特点与前景 2

第2章  电阻应变式传感器基本理论 4

2.1  应变式传感器工作原理 4

2.1.1  电阻应变片的工作原理 4

第3章  应变片的设计 7

3.1  应变片工作原理框图 7

3.2  应变片的选用 7

3.2.1  电阻丝应变片 7

3.2.2  箔式应变片 8

3.3  应变片粘合剂的选用 10

3.4  应变片的粘贴方法 10

3.4.1  应变片的检查与筛选 11

3.4.1  试件表面贴片处的处理 12

3.4.2  底层处理 12

3.4.3  贴片与固化 12

3.4.4  粘贴质量的检查 14

3.4.5  导线的固定与连接 15

3.4.6  应变片的保护 16

第4章  弹性敏感元件的设计与计算 18

4.1  弹性敏感元件直径的确定 18

4.2  弹性敏感元件固有频率的计算 20

第5章  放大器的设计与选用 21

5.1  放大器的选用 21

5.2  引脚及其性能指标 21

5.2.1  AD524的引脚 21

5.2.2  性能指标 22

5.2.3  工作原理 22

5.2.4  信息调理电路 24

5.2.5  误差分析 24

第6章  电阻应变式传感器测量电路的设计 25

6.1  测量电路的作用 25

6.2  电桥测量电路 25

6.3  最佳供桥电压的选择 26

6.4  应变片测力传感器测量电路设计 27

6.5  电桥的灵敏度 30

第7章  电桥电路的补偿方法 32

7.1  初始不平衡误差及其补偿 32

7.1.1  桥臂中串联电阻补偿法 32

7.1.2  桥臂中并联电阻补偿法 34

7.1.3  外加电压法 35

7.2  温度补偿 35

7.2.1  温度变化产生的影响 35

7.2.2  零点温度补偿法 35

7.2.3  灵敏度补偿（弹性模量补偿） 37

7.3  非线性补偿 38

7.4  电桥的非线性误差补偿 40

第8章  参数计算 42

8.1  输出电压的特性 42

8.2  弹性元件结构参数计算 42

8.3  测量输出电压值的计算 42

8.4  输出电压与所受压力的标定 43

第9章  整体外壳设计 45

9.1  壳体设计 45

9.1.1 弹性体设计 45

9.1.1 外壳尺寸设计 47

结论 50

参考文献 51

致谢 52