文档介绍：一、应变式称重传感器设计说明书㈠主要技术指标:1、基本参数(1)精确度等级:(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350——500MΩ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:≤%FS(2)热零点漂移:≤%FS/10℃(3)初始零点:2%FS(4)允许过载:(5)绝缘电阻:≥2000MΩ(6)稳定性:在规定条件下,在校准的有效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线性好,精度高。输出信号不受测力点位置变化的影响。高度低,重量轻,体积小,易于安装和维修。结构简单,易于密封。抗测向力强。㈢弹性元件设计材料选择: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U。其大小为 W=U=(1/2)×σeεe=1/2×(σe2/E)(1-1)式中σe――弹性极限εe――弹性极限对应的应变比值σe2/E 越大越好。σe高则弹性变形范围大,E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=×10E11pa抗拉强度为10E9pa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,或采用如温度100——200℃存放(数十至数百小时)的人工时效方法4、弹性元件的设计图(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=[σ]=σs/ns[σ]=×107pa由于选用的是弹簧钢,泊松比μ=,所以[τ]≈[σ]/(1+μ)[τ]=×107pa即τmax≤[τ]=×107pa6、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:τ=Qs/Jyb(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+bh2)/8(1-5)惯性矩为:Jy=(BH3-Bh3+bh3)/12(1-6)将静矩和惯性矩带入①得各点的切应力:τ1=QS1/JyB=0τ2=QS2/JyB=(3Q/2)(H2-h2)/BH3-Bh3+bh3)(1-7)τ2’=QS2/Jyb=(3QB/2b)(H2-h2)/BH3-Bh3+bh3)(1-8)τ3=QS3/Jyb=(3Q/2b)(BH2-Bh2+bh2/BH3-Bh3+bh3)(1-9)τ1<τ2<τ2’<τ3即τmax=τ3≤×107pa(1-10)解得b≥=Mmax/W≤[σ](1-11)工字梁在根部最大弯矩为Mmax=FL1(1-12)工字梁断面系数W=BH3-Bh3+bh3/6H=×10-6(1-13)所以工字梁的最大弯曲应为σ=6FL1H/BH3-Bh3+bh3≤[σ]=×107pa(1-14)解得L1≤=44mmL2=L1-24/2≤32mm其中,应不大于许用剪切应力[],[]可用下式计算:[]=(N/mm)㈣传感器输出灵敏度1、剪切梁灵敏度S1τ=Eε(1-15)S1=ε/F=τ3/EF=×10-8m/N(1-16)应变片灵敏度S2选取应变片电阻为120ΩS2=2电桥灵敏度S3激励电压为12VS3=U0/Δ=U/R0=1/10(1-17)选放大电路增益为100S=S1*S2*S3*S4=×10E-5V/N=×10-4V/Kg(1-18)图(1-4)补偿放大电路补偿电路:采用图(1-4)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R的阻值可进行增益的微调。改变R的阻值可将共模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