传感器原理课程设计2014

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变ε、应力σ、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ΔR电源可用电量U、I、f处理显示机械结构设计计算（优化设计）传感器的选型电路设计及仿真调试金属电阻应变片被测量弹性敏感元件测量电桥电阻应变式传感器组成原理框图电源H1(s)H2(s)H3(s)X(s)Y1(s)Y2(s)Y(s)传递函数：Y(s)X(s)=H1(s)H2(s)H3(s)=H(s)处理显示总灵敏度：K=K1·K2·K3总误差：21qii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（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、22FF（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εmax点处;据弹性元件材料的许用弯曲应力[σ]和许用剪切应力[τ]取安全系数值;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[σ]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βt、电阻温度系数αt、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①应变片的面积；②应变片的电阻；③传感器的散热能力；④环境温度；⑤应变片的类型；⑥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;2igGgURPFRg：应变片电阻；Fg：敏感栅面积；PG：敏感栅上的功率密度，可取PG=（1.6~3.1）×10-3W/mm28.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.6.误差来源与精度分析方法：分析系统各环节误差，说明有无采取补偿措施。估算出各环节误差后按误差合成的公式算出总误差。7.按学校课程设计说明书撰写规范撰写课程设计说明书;说明书约5000字。注意不要抄教材基本内容。写清楚设计思路、计算过程，如弹性元件选择计算、电路分析及参数计算、系统特性分析计算、误差分析计算等。四、时间安排序号内容所用时间1布置课程设计任务.查阅资料1天2弹性元件设计2天3敏感元件设计1天4测量电路和图纸4天5误差分析1天6撰写设计说明书1天五、参考书1.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）2.应变电测与传感技术主编：郑秀瑗，国防工业出版社1985年3.电阻应变式传感器陶宝琪主编机械工业出版社1993年4.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5.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、指导教师及分组测控1201：戴蓉，韩雪测控1202：韩雪，周晓测控1203：周晓，蔡兰测控1204：蔡兰,赵燕测控zy1201：赵燕，戴蓉七、教室及答疑安排答疑时间：17-18周周一～五上午9：00～10：30地点:机电大楼六楼测控系607室1~5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.设计说明书必须手写，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；（鼓励计算机绘图，仿真）5.凡设计说明书雷同者一律不及格；6.最迟19周星期五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）。