第13章 小型稱(chēng)重系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 13.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本例是利用金屬箔式應(yīng)變片設(shè)計(jì)一個(gè)小型稱(chēng)重裝置。硬件部分是在Multisim中仿真設(shè)計(jì)，軟件顯示與分析部分由LabVIEW虛擬儀器完成。本設(shè)計(jì)完成過(guò)程中需要掌握以下幾點(diǎn)： 1)掌握金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂、全橋電橋 工作原理和性能。 2)學(xué)會(huì)利用應(yīng)變片原理建立仿真模型。 3)比較單臂與全橋電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。 4)學(xué)會(huì)使用全橋電路。 5)會(huì)使用G語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能。 13.2 測(cè)量電路原理與設(shè)計(jì) 13.2.1 傳感器模型的建立 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值將隨著壓力所產(chǎn)生的變化而變化。對(duì)于金屬導(dǎo)體，電阻變化率的表達(dá)式為： (13-1) 式中： μ—材料的泊松系數(shù)； ε—應(yīng)變量。 13.2 測(cè)量電路原理與設(shè)計(jì) ◆通常把單位應(yīng)變所引起電阻相對(duì)變化稱(chēng)作電阻絲的靈敏系數(shù)，對(duì)于金屬導(dǎo)體，其表達(dá)式為： (13-2) 所以： (13-3) ◆在外力作用下,應(yīng)變片產(chǎn)生變化,同時(shí)應(yīng)變片電阻也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測(cè)得阻值變化為△R時(shí)，可得到應(yīng)變值ε，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系，得到應(yīng)力值為 (13-4) 13.2 測(cè)量電路原理與設(shè)計(jì) 式中： σ-應(yīng)力,ε-應(yīng)變(為軸向應(yīng)變) E-材料的彈性模量 。 又重力G與應(yīng)力σ的關(guān)系為： (13-5) 式中： G-重力,S-應(yīng)變片截面積 根據(jù)以上各式可得到： (13-6) 由此得出應(yīng)變片電阻與重物質(zhì)量的關(guān)系，即 (13-7) 13.2 測(cè)量電路原理與設(shè)計(jì) 根據(jù)應(yīng)變片常用的材料(如康銅)取 k0=2；E =16300 ；S = ；R0 =348Ω； g= ◆所以在Multisim中可用建立以下模型來(lái)代替應(yīng)變片進(jìn)行仿真，模型如圖13-1所示： 13.2 測(cè)量電路原理與設(shè)計(jì) 13.2.2 橋路部分電路原理 ◆電阻應(yīng)變計(jì)把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成ΔR/R后，必須采用轉(zhuǎn)換電路通常采用惠斯登電橋電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 ◆圖13-2所示的直流電橋，對(duì)于單臂電橋,如下圖： 13.2 測(cè)量電路原理與設(shè)計(jì) 13.2 測(cè)量電路原理與設(shè)計(jì) (13-10) 電橋電壓靈敏度定義為： (13-11) 從上式分析發(fā)現(xiàn)： ①電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓。 ②電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，必須恰當(dāng)?shù)倪x擇n的值，保證電橋具有較高的靈敏度。 13.2 測(cè)量電路原理與設(shè)計(jì) 由

總結(jié)

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