1、传感器原理及应用 课程设计,一、课程设计目的课程设计的目的主要是通过设计环节的实际训练，加深学生对该课程基础知识和基本理论的理解和掌握，培养学生综合运用所学知识的能力，使之在理论分析、设计、计算、制图、运用标准和规范、查阅设计手册与资料以及计算机应用能力等方面得到初步训练，促进学生养成严谨求实的科学态度。,二、课程设计任务 题 目: 基于电阻应变片的 传感器设计 初始条件： 采用电阻应变片设计测量力、压力、加速度、位移等物理量的传感器，要求根据被测变量及其量程范围，设计弹性元件的结构形式，合理选择应变片的型号、数量、粘贴方式，并完成相关测试电路的设计。,金属电阻应变片,被测量,弹性敏感元件,应
2、变、应力、挠度y,测量电桥,电阻应变式传感器组成原理框图,电阻变化R,电源,可用电量U、I、f,处理显示,三.设计步骤,1.根据任务书要求，进行方案选择,设计总原则：灵敏度设计，强度校核。,应变式力/称重传感器 应变式压力（即压强）传感器 应变式加速度传感器 应变式位移传感器 应变式力矩传感器,为贯彻学校课程设计一班多题的要求，已拟定35 个方案，每题1人，请各班学委负责分配。,（1）轮辐式（剪切力）,具体要求见资料1、2,（2）双孔平行梁式（弯曲力）,具体要求见资料：3、4、5,（3）单孔剪切梁（剪切力）,具体要求见资料：6、7,（4）S型弯曲或剪切,具体要求见资料：8、9、10、11、12
3、,（5）组合梁（弯曲式）,具体要求见资料：13,（6）柱/筒式（正应力）,具体要求见资料：14、15,荷重式 拉压式,（7）轴销式荷重（剪切力）,是测量轴承、滑轮等构件的径向载荷或钢丝绳张力的专用传感器，它可以代替滑轮销轴安装在结构中作径向力测量。具体要求见资料：16,（8）旁压张力传感器（桥式，剪切力）,用于测量钢丝绳的张力。钢丝绳通过U形螺栓固定在传感器上，当钢丝绳受拉力时，力通过导向轮作用在传感器上。具体要求见资料：17,（9）桥式（剪切力）,双剪切梁式传感器，综合精度高。用于汽车衡、天车秤等。具体要求见资料：18、19、20,（10）板环式传感器,具体要求见资料：21、22,F,F,（
4、12）静态扭矩传感器,具体要求见资料：25、26、27,（11）轮辐（圆板）式称重测力传感器,具体要求见资料：23、24,（13）压力（压强）传感器,结构示意图见：28、29、30、31、32，设计参阅传感器技术手册 主编：袁希光 国防工业出版社 1986年,（14）位移传感器,结构示意图见：33、34，设计参阅传感器技术手册等书籍,（15）加速度传感器,结构示意图见：35，设计参阅传感器技术手册等书籍,（3）设计与计算; 首先由确定的弹性元件计算作用力于某点时此处的应力大小并与材料的允许应力进行比较，选择合理的布片位置，其点尽可能为max点处; 据弹性元件材料的许用弯曲应力和许用剪切应力取安
5、全系数值 ; 验证抗弯和抗剪强度 重新取整尺寸 ;,（2）材料的选择；,2.弹性元件的设计与计算,（1）结构的选择;,确定贴片处 ; 弹性元件的附件选取 ;,注意问题： 形状简单的梁，在单向应力（零至最大的循环）下工作，为了保证107次以上的寿命，许用应力应取弹性极限的2/3以下； 形状复杂的弹性元件，如膜盒、波纹管等，在多变应力下工作，为了减小滞后，许用应力至多只能取弹性极限的1/3左右；对于长期受载和测量用的弹簧，也应取较低的许用应力（如取弹性极限的1/5）； 承受静载荷的弹性元件，许用应力可以允许接近弹性极限。,3.应变片的选择计算 （1）选取R值 ; （2）选材（线膨胀系数t、电阻温度
6、系数t、机械性能等确定） ; （3）据使用场合、范围选形式 ; （4）据使用场合、范围选基底、引线材料和粘合剂 ; （5）应变片的主要参数、尺寸选择 。 4.外型（外观）设计外壳、固定、输入输出等。注意装配关系表达清楚，标注装配尺寸、外观尺寸、材料等。,5.测量电路的设计与计算 （1）桥路的设计计算; 注意：供桥电压的选择应考虑应变片的面积；应变片的电阻；传感器的散热能力；环境温度；应变片的类型；传感器（测试对象）的材料等。 对全桥：(2)放大电路的设计与参数计算; (3)其它相关电路（如检波、滤波、电源等）的设计与参数计算 ;,Rg：应变片电阻；Fg：敏感栅面积；PG：敏感栅上的功率密度，可
7、取PG=（1.63.1）10-3W/mm2,8.附图 电路原理图（4号图纸） ; 机械制图标准绘制机械装配图（3号图纸）、弹性元件图（4号图纸）各一张.,四、时间安排,五、参考书 传感器技术手册 主编：袁希光 国防工业出版社 1986年（机电学院4楼图书室） 应变电测与传感技术 主编：郑秀瑗， 国防工业出版社 1985年 电阻应变式传感器 陶宝琪主编 机械工业出版社 1993年 电阻应变式传感器应用技术 王云章主编 机械工业出版社 1991年 传感器设计基础课程设计与毕业设计指南 单成祥等 国防工业出版社，2007年 注：书籍可在学校网站“数字图书馆”的“超星电子图书”下载,六、指导教师及分组
8、 测控1101：韩雪，赵燕 测控1102：赵燕，余先涛 测控1103：余先涛，周晓 测控1104：周晓, 戴蓉 测控zy1101：戴蓉，韩雪,七、教室及答疑安排 答疑时间：17-18周 周一五上午9：0010：30 地点:机电大楼六楼测控系 15班的负责教师按顺序值班答疑。 学生有设计问题也可电话联系各班的负责教师。,八、课设提交注意事项：1.课程设计文件袋、封面统一领取（购买），文件袋题目写“传感器原理及应用课程设计基于电阻应变片的传感器设计”，设计说明书封面题目写“基于电阻应变片的传感器设计”;2.说明书装订顺序： （1）本科生课程设计成绩评定表（打印）; （2）任务书（打印）;（3）说明书目录、正文、参考文献、附录，图纸放文件袋里。说明书书写格式见文件：“课程设计说明书统一书写格式”,3.设计说明书手写或打印均可，再次强调内容不要抄书本，写出自己的设计思路、分析计算过程； 4.绘图格式正确、整洁；（可以计算机绘图） 5.凡设计说明书雷同者一律不及格； 6.鼓励用ANSYS等软件对弹性元件进行力学分析，对设计电路进行仿真； 7. 预定18周星期五上午8：30交设计资料并接受指导老师质疑（具体提交时间由各班负责老师确定）。,
