应变式扭矩传感器简单设计报告
基于电阻应变式扭矩传感器与MSP430的扭
矩测量系统设计
2.应变式扭矩传感器
2.1 金属应变计工作原理
电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应[4]。金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。 例如，一段金属丝的电阻R 与丝的长度L ，横截面A 有如下关系：
L R A
ρ
= （2-1）
若金属丝受到拉力F 作用伸长，伸长量设为l ?，横截面积相应减少A ?，电阻率的变
化设为ρ?，则电阻的相对变化量为：
R l A R l A ρρ????=-+
（2-2）
又因为对金属丝来说2
22,2,
2A r r r
A r A rdr A r r
ππππ???=?===于是有：
2R l r R l r ρ
ρ????=-+
（2-3）
由材料力学知，弹性限度内材料的泊松系数为//r r
l l
μ?=-?，则有
0(12)R l l
K R l l ρμρ????=++=
（2-4）
式中0/12/K l l ρρ
μ?=++
?为金属丝的灵敏度系数，它越大表明单位应变引起的电阻相对变化越大。若令l
l
ε?=为金属丝的轴向相对应变，则
(12)R
R ρρμεε
??=++
（2-5）
从上式可知，灵敏度系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸的
变化，即12μ+；另一个是受力后材料晶格畸变引起电阻率发生的变化及
ρ
ρε
?。对金属材料电阻丝来说，灵敏度系数表达式中12μ+的值要比
ρ
ρ
ε
?大得多。因此
在相当的范围内，电阻的相对变化与金属丝的纵向应变ε成正比，也及金属丝有着不错的线性度。
2.2 扭矩测量原理
弹性体是扭矩传感器的关键部件，它直接与被测对象接触（例如电机转轴）并引起应变片产生形变。
弹性轴在受到扭转时发生形变（如图），轴上会有应力和应变产生。其横截面会受到一个剪应力，该剪应力按照直线规律变化，在轴的中心处为零，轴的表面达到最大[4]。
(1)弹性轴横截面剪应力
（2）弹性走表面法向张力
图2.1 弹性轴横截面与表面手里分析
现在从弹性轴的径向表面上取一个单元进行研究，如图，在其与杆轴成45度与135度的斜面上，受到法向应力，此法向应力为主应力，其数值等于横截面上的剪应力τ[4]。图中，此应力在一个方向上受拉伸，另一个方向上受压缩。
因此，圆轴扭转时，表面受到最大拉应力1σ和压应力2σ，且12max σστ=-=。在测量弹性轴扭矩时，在与轴线呈45°和135°的两个方向（互相垂直）各贴一片应变片，如图。根据材料力学，沿1R 方向和2R 方向的应变1ε和2ε分别为：
1
2
1E
E σσεν
=
-
（2-6）
2
1
2E
E σσεν
=
-
（2-7）
式中，ν表示泊松比，E 表示弹性模量易知应变片1R 和应变片2R 受到的应变数值一样，符号相反。
图2.2 传统贴片方式示意图
根据材料力学原理，受纯扭矩的轴，其横截面上的剪应力τ与轴上扭矩的关
系为：
p
M W τ=
（2-8）
式中M 为轴上扭矩，p W 为轴截面的抗扭模数。
因此12p
M
W σστ=-==
，对于应变片1R ，可以求出其应变为 11p M
E W νε+=
整理得到：
1011p W E M C εεν
=
=+
（2-9）
式中0C 是个常数，其数值为01p W E C ν
=+。
又由于
R
K R
ε?=，所以： 0
C M R KR
=
? （2-10）
从上式知，圆轴的扭矩大小与应变片的电阻该变量呈正比，因此通过应变片
测量扭矩理论可行。
另外在图。中在测点处与轴线呈45°和135°的两个方向各贴一片应变片，形成一对应变花，如果采用半桥片和全桥四片测扭，能排除横剪力的影响。但是由于两片应变片花相互有重合的部分，会降低应变片的应变能力，因此实际中应变片可分开贴，例如每90°均匀分布。
图2.3 分布贴片方式立体图
2.3扭矩传感器
成品应变式扭矩传感器是以图所示结构为核心制造的。除此以外还有减震的基座，以及配套的联轴器。并且为了减少带来的额外负载，成品扭矩传感器制造精度很高，内部摩擦力很小。
另外图。。中给出了常见扭矩传感器的安装方式。显然若使用刚性联轴器，由于无减震作用，对两轴的安装要求比较高。若使用带减震功能的联轴器，则会抬高成本。不过与声波表面力矩传感器等相比，扭矩传感器依然是在一般工况下最合适的扭矩传感器之选。
（1）扭矩传感器水平安装方式
（2）扭矩传感器竖直安装方式
图2.4 扭矩传感器的两种常见安装方式
3.电路设计
3.1 总体电路结构设计
传感器采集的信号需要通过一系列处理才能使用。经过学习与资料查找，一个典型的信号采集处理的电路部分如下图
图3.1 扭矩传感器系统设计图
由于本次实验设计中指定了单片机为MSP430，所以决定在单片机已定的情况下，逆向设计并决定各部分的芯片选型。
3.2 MSP430芯片
在信号采集处理电路中，单片机对信号做各种算法处理后传递给后续电路，是很重要的部分，为了使其正常工作，其信号输入必须符合规定。
MSP430P325芯片（PG封装）的管脚图如下：
图3.2 MSP430P325PG芯片引脚图
内部功能模块图如下：
图3.3 MSP430内部功能图
很显然我们可以利用MSP430自带的ADC模块来简化总的电路处理设计。实际上MSP430本身就是一款混合信号处理芯片，所以实际上在图…中可以省略AD 模块的设计，直接将滤波后得到的信号输入A0至A5引脚中的一个。
查阅资料知MSP430的ADC 采用模拟输入时输入范围在VCC 到GND 之间，查
阅后将AVCC ，DVCC 置为5v ，AVSS ，DVSS 接地，这样ADC 模块的模拟输入范围在0到5伏之间。
3.3 滤波电路
由于在实际电路中，电路不可避免地会受到干扰，并且应变片也可能受到扰动，所以需要采用滤波电路来消除噪音的影响。
通过查询知，一般应变式扭矩传感器输出信号的频率在10到10kHZ 之间。
而干扰以外界的高频干扰为主，所以滤波电路可以采用简单的一阶有源低通滤波器。另外如果我们把信号放大功能全部在放大电路中实现时，此处就不需要再对电压进行放大。因此可以使用电压跟随器来代替原本的同相比例放大电路，电压跟随器输入阻抗刚，输出阻抗很低，因此带负载能力很强。如下图所示：
图3.4 低通滤波电路原理图
由图可得：
1111
()()()1
1out in in SC
U S U S U S SR C
R SC
=
=
++
（3-1）
因此，电路的传递函数为：
1
A(S)1out in U S
U ω=
=
+ （3-2）
式中011R C ω=
，则其截止频率为112c f R C
π=。
本次实验设计中，考虑到直流信号频率比较低，折衷考虑后设置1c f kHZ =，
则可取11R k =Ω，0.18C F μ=。
在为运放选型时，考虑到运放的增益带宽积（Gain Bandwidth Product ）要
比滤波器截止频率高至少100倍。转换率（Slew Rate ）要至少为2outp p c V f π-，其中outp p V -为滤波器输出电压的峰峰值，于是选择OP07作为运放。实际上OP07是一种精密运放，它有很低的输入失调电压，很高的开环增益，特别适合用于放大传感器的微弱信号，再后续讲到放大电路时我们仍然选择OP07作为主要运放。
用multisim 仿真对低通滤波电路进行观察[5]，发现其幅频特性符合我们预
期的要求，如图：
图3.5 低通滤波仿真电路
图3.6 低通滤波电路副频特性
在仿真波特图曲线中，-3dB 处频率为1kHz ，满足设计要求。
3.4 电桥电路
必须要先设计好电桥电路，因为放大电路的放大倍数是由输入和输出一起决定的。由于采用了2.2中的应变片粘贴方式，所以决定采用全桥电路进行测量。一个典型的全桥电路原理图如下：
图3.7 全桥电路原理图
我们选择1234R R R R ===，即在初始条件下1423R R R R =，此时0U =，当四个电
阻分别变化1234,,,R R R R ????时：
114422331212343431241234
()()()()(R R R R )(R R )()4R R R R R R R R R R U R R R R R R E R R +?+?-+?+?=
++?+?++?+?????≈
--+
（3-3）
由于四个电阻的初值大小一致，而且1234R R R R R ?=-?=-?=?=?，所以：
R
U E
R
?= （3-4）
图3.8 全桥电路仿真电路
利用可变电阻代替应变片进行仿真，电阻原阻值大小为100欧姆，E 大小为10伏特，当电阻变化4欧姆时，如下图所示，输出电压为0.4伏，与上述推理相符。
图3.9 全桥电路仿真结果
在查阅了若干资料后，发现应变片的电阻值一般在百欧姆级别，采用全桥电路输出电压往往在几毫伏到几十毫伏之间。在比较不严谨的考虑过后，人为将后
52 %
48 %
XSC1
续放大电路的放大倍数定为 200。但实际中，应当对应变片进行标定并对电桥电路经过足够测试后再得到一个合适的放大倍数值。
3.5 放大电路
查阅了若干资料后，决定再本次仿真设计中采用带运放的差分放大电路。其一般原理图如图。它具有高共模抑制比，高输入阻抗，低噪声，低线性误差，高信噪比等特点。它的应用十分广发从仪器测量放大器到特种测量放大器都有其踪影。
图3.10 差分放大电路原理图
从上图中可看出，电路主要由两级放大电路构成，A1，A2为同相差分输入方
式，提高了电路输入阻抗，减小了电路对微弱输入信号的衰减，而差分输入使电路只对差模信号放大，对共模信号只起跟随作用，使得输入到后级信号的共模抑制比得到提高。
在图中有以下关系成立：
101220
12123
U U U U U U R R R ---==
（3-5）
204457
out
U U U U R R --=
（3-6）
1033
46
U U U R R -=
（3-7）
由于31R R =于是可得到：
U1
U10
U2 U20
U3
U4
Uo
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
A1
A2
A3
1
1020122
(12
)()R U U U U R -=+- （3-8）
又由于45R R =，67R R =再结合“虚短虚断”的概念可得：
5
10206
out R U U U R -=
（3-9）
所以：
611252
(12)()out R R
U U U R R =
+- （3-10）
若取63100R R k ==Ω，5210R R k ==Ω，则得放大倍数为210，与之前的设计
要求基本相符
下图是multisim 仿真电路以及仿真结果图，示波器的A 通道显示差分输入
的大小，B 通道显示的是放大电路的输出大小，可以看出，电路的放大倍数基本符合要求
图3.11 差分放大电路仿真电路
XSC1
图3.12 差分放大电路仿真结果
3.6 后续功能
现在整个系统的信号采集部分已经设计完成，各部分的功能也基本满足要求。但是采集后的信号需要经过合适的处理才能进行后续的应用。通过MSP430可以完成信号处理，串口通信等等功能，将扭矩信息直观呈现在人们眼前。
4.总结
通过本次实验设计，我对传感器以及传感器采集处理系统的设计又有了一个更深的认识，并且在查找资料与学习的过程中又重温了电路设计的知识以及很多经典的在工程中应用的电路。
本次实验设计侧重于仿真与验证，并没有进行实物开发；主要设计了传感器信号的采集系统，对于MSP430的功能除了AD转换以外并没有更多的开发，这可以说是本次设计中的不足与待改进之处。
5.参考文献
[1]宋春华,徐光卫. 扭矩传感器的发展研究综述[J]. 微特电
机,2012,11:58-60.
[2]胡德福. 应变式扭矩传感器的设计技术[J]. 船舶工程,2011,04:96-99.
[3]杨平,王威. MSP430系列超低功耗单片机及应用[J]. 国外电子测量技
术,2008,12:48-50.
[4] 廖丽媛.基于应变式扭矩传感器的测量系统与设计[D].上海.东华大学，2013.
[5]白玉成. 基于MULTISIM仿真电路的设计与分析[D].哈尔滨工程大学,2010.
传感器技术课程设计(应变式测力仪)
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目应变式测力仪 院系电子工程学院 专业 姓名 年级电 指导教师蔡苗苗 2014年 11 月
摘要 电阻应变式传感器具有灵敏度和精度高，性能稳定、可靠、尺寸小，重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快等优点，且能在恶劣的环境下工作，在力、压力和重力要测试中有非常广泛的应用。所以电阻应变式力传感器制作的电子称具有准确度高，易于制作，简单实用、成本低廉、体积小巧、携带方便等特点。 对于电阻应变片式测力传感器（以下简称“测力传感器”）来说，弹性体的结构外形与相关尺寸对测力传感器性能的影响极大。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的外形及相关尺寸。假如测力传感器的弹性体设计不公道，无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹性体进行公道的设计至关重要。 关键词：电阻应变片测力传感器精度灵敏度
目录 一、设计目的------------------------- 4 二、设计任务与要求--------------------- 4 2.1设计任务------------------------- 4 2.2设计要求------------------------- 4 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 5 3.1设计方法------------------------- 5 3.2设计步骤------------------------- 6 3.3设计原理分析---------------------- 7 四、课程设计小结与体会 ----------------- 9 五、参考文献-------------------------- 9
高精度动态扭矩传感器
动态扭矩传感器的高精度一直是行业技术人士所追求的目标。目前CFND动态扭矩传感器是一款相对精度高的传感器，具有安装使用方便、性能稳定可靠、量程范围大的特点，动态扭矩传感器采用电阻应变原理，其两端连接方式可根据现场需要分别选用法兰连接、四方键连接、键（通槽）连接。 一、CFND动态扭矩传感器实体图 二、CFND动态扭矩传感器尺寸图
三、CFND动态扭矩传感器原理 在扭矩的测量方面，采用应变片电测技术,在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。 在转速的测量方面，转速测量采用磁电码盘的方法进行测量，每一磁电码盘均有60个齿，轴带动磁电码盘每旋转一周可产生60个脉冲，转速传感器精度可达±0.1%～±0.5%（F·S)，本传感器的测速方法采用内置测速，订货时用户需注明是否监测转速信号。 四、CFND动态扭矩传感器注意事项 1.安装时，不能带电操作，切莫直接敲打、碰撞传感器。 2.联轴器的紧固螺栓应拧紧,联轴器的外面应加防护罩，避免人身伤害。 3.信号线输出不得对地,对电源短路,输出电流不大于10mA屏蔽电缆线的屏蔽层必须与+15V电源的公共端（电源地）连接。
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电阻应变式传感器.
电阻应变式传感器 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。 应变式传感器特点 ①精度高，测量范围广； ②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻； ④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量； ⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。 1、应变式传感器的工作原理 (1) 金属的电阻应变效应 金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。 公式推导： 若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则: (9.1)
如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度L变化dL，截面积S 变化dS，电阻率ρ变化，因而引起电阻R变化dR。将式(9.1)微分，整理可得: (9.2) 对于圆形截面有： (9.3) 为金属丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变，两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ，负号表示符号相反，有: (9.9) 将式(9.9)代入(9.3)得: (9.5) 将式(9.5)代入(9.2)，并整理得： (9.6) (9.7) 或 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
公式简化过程： 由式可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响： 一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。对于金属材料项比项小得多。大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0为常数，于是可以写成： (9.8) Array通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 (2) 应变片的基本结构及测量原理 距 用面积。应变片的规格 一般以使用面积和电 阻值表示，如 2 为 的电阻丝制成的。 高的阻值， 栅状， 在绝缘的基底上。 两端焊接引线。
应变式测力传感器设计
1前言 1.1研究课题背景及意义 应变式测力传感器早已在众多测控领域中得到了广泛的应用，尤其在测量重量方面，其技术已非常成熟。所以，国内外众多科技人员努力争取更大的突破。得到更优良的弹性体结构，非常合适的弹性体材料，合乎测量要求的应变片，完善的测量电路及补偿电路是需要努力的。当然，非常好的外观质量也是一大竞争力。现已有的应变式测力传感器大致有这么几种：桥式、剪切梁式、单点式、柱式、轮辐式、板式、平行梁式、S型。它们主要用于称重领域。国外企业在以下几个方面进行了许多研究和实验工作，如结构设计、制造工艺、电路补偿及调整、稳定性方面。并取得了一定的进展。这些进展主要包括在设计和计算过程中引入了先进的分析方法，如用计算机拟实技术进行动态仿真和动力学分析及工艺设计过程里运用虚拟技术，对生产工艺进行仿真检验。在弹性体加工方面，使用先进制造技术，将刚性制造转为柔性制造，加工中心、柔性制造系统和柔性制造单元得到普遍采用。在生产过程中尽量采用半自动和自动控制、自动检验程序和计算机网络技术。改进了工艺装备也是主要成就之一。最终提高了应变式测力传感器的稳定性和可靠性。 转子在高速运转过程中，由于种种原因，诸如转子的偏心问题，会产生不容忽视的径向力，使转轴的径向误差加大。在自动控制系统中，便需要得到径向力这个信号，然后对执行机构才能进行控制。要得到理想的控制刚度，不仅需要控制系统的稳定可行，测试系统的重要性同样不可忽视。所以，传感器性能的好坏和选取的是否恰当是个非常关键的问题。在现有的径向力测量中，人们并不是直接去测径向力的值，而是将其转化为其它量，比如位移量。然后使用位移传感器进行测量，控制径向位移量便使得径向力引起的问题得到解决。在高速运转的系统中，如磁悬浮系统，人们便广泛采用这样一些位移传感器：电容式传感器、电涡流式传感器、电感式传感器。并都取得了不错的测量控制效果。但是，还不能忽视他们的缺点。电容式传感器，其电容小，容易受到外界诸多因素的影响，在高速旋转的转子系统中其可靠性大大降低。电涡流式传感器相对来讲比较合适，但是当附近存在高频磁场和工作的高频开关器件，它的可靠性也将变得不理想。电感式传感器由于自身的频率响应特性不适合于快速动态测量。 其实在转子系统中，转子肯定要有轴承支承。前面所讲都是将传感器作为一个附属测量器件，纯粹起测量作用。考虑轴承的刚度问题和受力问题，一个新的测量方向便产生了，何不设计一个既能其支撑作用，就像轴承一样，又起测量作用个，就像传感器一样。如果要同时具有这两种作用，那么前面所说的电容式传感器、电涡流式传
位移传感器原理与分类
位移传感器原理与分类 传感器之家中将位移传感器分为线位移跟物位移两类，这是按照位移的特征分的。位移传感器就是测量空间中距离的大小，线位移就是在一条线上移动的长度，角位移就是转动的角度。下面就线位移做下介绍，线位移按原理分主要有电阻式、电容式、电感式、变压器式、电涡流式、激光式等等。前面三种主要用来测量小位移，中位移一般则用变压器式，大的位移则用电位器式的比较多，对于精密的场合，则需要选择激光式。 电容式位移传感器是把位移的变化换作电容的变化进行制作的。对于振动频率很高的环境条件下，最适合选用这种类型的传感器。它具有灵敏度高、能实现非接触量的测量，而且可以在恶劣场合下工作。它也有一些缺点，比如对连接线缆有很高的要求，它要有屏蔽性能；而且最好选用高频电源用来供电。现在做的最好的电容式位移传感器可以测量0.001微米的位移，误差非常小。 电感式位移传感器是将测量量换作互感的变化的传感器，它既可以测量角位移也可以测量线位移。目前常用到的电感式位移传感器有气隙式，面积式，螺管式三种。变气隙型中电感的变化与传感器中活动衔铁的位移相对应。变面积型是用铁芯与衔铁之间重合面积的变化来反映位移。螺管型是衔铁插入长度的变化导致电感变化的原理。
变压器式位移传感器是用途最广的一种位移传感器，线圈中感应电动势随着位移的变化而变化。这种传感器它的灵敏度都很高，有时都不用放大器。缺点在于质量一般比较大，不应用于高频场合。 电涡流式位移传感器是基于电涡流效应，它的感应参数是阻抗的变化，尽量使阻抗是位移的函数，它还与被测物体的形状跟尺寸有关。该传感器的量程一般在0到80毫米。 电阻式位移传感器是通过测量变化的电阻值来计算位移的变化，它通常分为电位器式跟应变式。前面一种适合测量位移大、精度要求不高的场合；后面一种是利用电阻应变效应，它具有线性度跟分辨率都比较高，失真小的优点。
电阻应变片压力传感器设计
《电阻应变片的压力传感器设计》 题目电阻应变片的压力传感器设计时间 201608 班级 2014级 姓名 序号 指导教师 教研室主任 系教学主任 2016年08月 前言
随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。 目录
电阻应变式传感器
（三）、测量电路的选用： 电桥电路是一种能够实现将电阻、电感、电容等参量的变化转变为电压输出的一种信号变换电路。具有结构简单、精确度和灵敏度高的优点，在测试中应用非常广泛。电桥按供电方式分为直流电桥和交流电桥。在这次设计中采用的测量电路是直流电桥。而电桥工作状态可分为：不平衡电桥和平衡电桥，不平衡电桥在连续量的自动检测中大量采用，平衡电桥又称为零位法测量，一般用于静态测量，准确性较高。在此次传感器设计中使用了平衡电桥。 二、基本原理： 扭矩的测量：采用应变片电测技术,在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。如图1所示： 一、设计题目要求与分析 1、设计题目：设计测扭矩的传感器。 使用条件：转矩测量仪一般用在机器之间的传动轴上，所以振动大，灰尘、油雾、水污比较多，故要求传感器封装在一起，只留下两个轴端在外面；工作温度在-20~150C0。 二扭矩测量及应变片的基本原理 1、应变片式传感器的原理及结构 应变计的转换原理基于应变效应。所谓应变效应是指 属丝的电阻值随其变形而发生改变的一种物理现象。由物理 学可知，金属丝酌电阻值R与其长度L和电阻率ρ成正比，
与其截面积A成正比比，其公式表示为: R=ρL/A 从而当金属丝受力变形改变其长度与横截面积而改变电阻值，而引起电压值变化。 电阻应变计简称应变计，它主要由电阻敏感栅、基底和面胶(或覆盖层)、粘结剂、引出线五部分组成。基底是将传感器弹性体表面的应变传递到电阻敏感栅上的中间介质，并起到敏感棚和弹性体之间的绝缘作用，面胶起着保护敏感栅的作用，粘结剂是将敏感栅和基底粘接在一起，引出线是作为联接测量导线之用。电阻敏感栅可以将应变量转换成电阻变化。应变计的结构如下：
压电式测力传感器
压电式测力传感器的原理及应用 摘要：伴随着电子工程、机械工程、物理学及生物学的发展和需求，传感器微电子技术也逐步的成熟起来，成为一个独立的，设计生物、物理、化学、材料、工程学等领域的新学科。它也将延伸到我们生活的各行各业、方方面面。由于传感器技术的空前发展，其应用领域也不断深入，人们对这方面知识的需求愈显迫切，各种特性，功能各异的传感器也应运而生，例如生物传感器，红外传感器，压电式传感器……，对于这形色功能各异的传感器我们怎样去认识、熟悉它也是一个需要解决的难题，本文将带领我们进入这个新奇的世界，…… 关键词：微电子技术，传感器，压电式测力传感器 1引言：生活中的声控开关、商场中的智能大门、时下正热的红外遥感技术，对这一切就 时时刻刻发生我们身边和应用到我们生活中的随口拖出的“神秘”东西，对于这些智能的生活用具到底怎样工作的呢？在这之中我们不得不提到一个重要的幕后操纵者——传感器，什么是传感器，传感器的工作原理及其性能是什么，……，本文将通过介绍传感器中的一种压电式传感器带领我们进入这个神秘的世界，并通过实例的解析去认识它 2 传感器的综述 2.1 传感器的专业术语及系统介绍 传感器：（广义）凡能外界信息并按一定规律转换成便于测量和控制的信息的装置；（狭义）只有将外界信息按一定规律转换成电量的装置。 传感器的总特性：主要指传感器以及被测对象和后接仪器组成的测量系统的输入和输出的匹配、传感器的机械特性以及其工作特性。 静态特性：表示传感器在被测量各值处于稳定状态时的输入-输出的关系，其指标是灵敏度、线性度、稳定度迟滞等。 动态特性：指输入随时间变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。它取决于传感器本身，另外与被测量的形式有关。 传感器的组成：通常，传感器由敏感元件，传感元件和其他辅助件组成，又是也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。如下图： 敏感元件：直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为电量）的元件。如应变式压力传感器的弹性膜片、热电偶等都为敏感元件。 传感元件：又称变换器，它一般情况下不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。如应变式传感器中的应变片等。 信号调节与辅助电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有
位移传感器(中英对照)
位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。 简介 电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。 位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。 原理 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。 信号处理 辨向原理 在实际应用中，位移具有两个方向，即选定一个方向后，位移有正负之
电阻应变式压力传感器的设计精品
传感器与检测技术 电阻应变式压力传感器的设计 电阻应变式压力传感器的设计 1. 、方案设计 原理框图如图一所示 数显表头低通滤波相敏检波U 过零比较器 2.2应变片检测原理 电阻应变片（金属丝、箔式或半导体应变片）粘贴在测量压力的弹性元件表面上，当被测压力变化时，弹性元件内部应力变形，这个变形应力使应变片的电阻产生变形，根据所测电阻变化的大小来测量未知压力，也实现本次设计未知质量的检测。 设一根电阻丝，电阻率为?，长度为I,截面积为S,在未受力时的电阻值为
丄----- ① S 如图一所示，电阻丝在拉力F作用下，长度I增加，截面S减少，电阻率T也相 应变化，将引起电阻变化△ R,其值为 . . ：l S , —-p ————② RIS^ 对于半径r为的电阻丝，截面面积S—：r2，则有：ss—2：n r。令电阻丝的 轴向应变为；- J.I，径向应变为?汀r =—巩.丄|)一；，；由材料力学可知， 为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得 空—(1+2忙三 R ? 通常把单位应电所引起的电阻相对变化称为电阻丝的灵敏系数，其表达式为 AP P / 从④可以明显看出，电阻丝灵敏系数K由两部分组成：受力后由材料的几何尺 受力引起(1 ^1);由材料电阻率变化引起的(，1耳；_1。对于金属丝材料, (;_1项的值比(1,2丄)小很多，可以忽略，故K = 1 。大量实验证明在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即为常数通常金属丝的—1.7?3.6。④可写成 2.3弹性元件的选择及设计 本次设计对质量的检测是通过对压力的检测实现的，所以弹性元件承受物重也即压力，这就要求弹性元件具有较好的韧性、强度及抗疲劳性，通过查设计手册，决定选取合金结构钢
法兰式扭矩传感器ZJ-A型
法兰式扭矩传感器ZJ-A型
产品特点: 1.信号输出可任意选择波形一方波或脉冲波。 2.检测精度高、稳定性好、抗干扰性强。 3.不需反复调零即可连续测量正反扭矩。 4.即可测量静止扭矩，也可测量动态扭矩。 5.体积小、重量轻、易于安装。传感器可脱离二次仪表独立使用，只要按插座针号提供 ±15VDC(200mA)的电源，即可输出阻抗与扭矩成正比的等方波或脉冲波频率信号。 6.测量范围：0-500000Nm标准可选，特殊量程定制。 应用范围： 1.电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测； 2.风机、水泵、齿轮箱、扭力扳手的扭矩及功率的检测； 3.铁路机车、汽车、拖拉机、飞机、船泊、矿山机械中的扭矩及功率的检测； 4.可用于污水处理系统中的扭矩及功率的检测； 5.可用于制造粘度计； 6.可用于过程工业和流程工业中； 基本原理： 转矩的测量：采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得 该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频 率信号。 工作过程： 将专用的扭矩应变片用应变胶粘帖在被测弹性轴上并组成应变桥，向应变桥提供电源即可 测得该弹性轴受扭的电信号。将扭矩传感器应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应 变成正比的频率信号。本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环形变压器承 担的，因此实现了无接触的能源及信号传递功能。 向传感器提供±15VDC电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过功率放大 器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次 级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放 大器的工作电源；由基准电源与双运放组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源及作为电桥电源，有座位放大器即V/F转换器的工作电源。 当弹性轴受扭时应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器放大成1.5v±1v的强 信号，再通过V/F转换器变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传
(完整版)四种压力传感器的基本工作原理及特点
(1) 1 dR d R dA A 四种压力传感器的基本工作原理及特点 一：电阻应变式传感器 1 1电阻应变式传感器定义 被测的动态压力作用在弹性敏感元件上， 使它产生变形，在其变形的部位粘 贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称 为电阻应变式压力传感器。 1.2电阻应变式传感器的工作原理 电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片 箔式应变片是以厚度为0.002―― 0.008mm 的金属箔片作为敏感栅材料，，箔 栅宽度为0.003――0.008mm 。丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝 （直 径0. 015--0. 05mm ），平行地排成栅形（一般2――40条），电阻值60――200 ?， 通常为 120 ?，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即 制成了纸基的电阻丝式应变片。测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于 待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时， 电阻片 也跟随变形。如下图所示。B 为栅宽，L 为基长。 I 绘式应吏片 b ）笹式应变片 材料的电阻变化率由下式决定:
式中; R—材料电阻2
3 —材料电阻率 由材料力学知识得; K —金属电阻应变片的敏感度系数 式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分 dR 、dL 改写成增 量出、/L,可得 由式(2)可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形 而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了 ZR 的变化，也就得 到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。 1.3电阻应变式传感器的分类及特点 「测低压用的膜片式压力传感器 常用的电阻应变式压力传感器包括彳测中压用的膜片一一应变筒式压力传感器 -测高压用 的应变筒式压力传感器 1.3.1膜片一一应变筒式压力传感器的特点 该传感器的特点是具有 较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、 动态特性和较高的自震频率，可达30khz 以上，测量的上限压力可达到9.6mp a 。 适于测量高频脉动压力，又加上强制水冷却。也适于高温下的动态压力测量，如 火箭发动机的压力测量，内燃机、压气机等的压力测量。 1.3.2膜片式应变压力传咸器的特点 A 这种膜片式应变压力传感器不宜测量较大的压力，当变形大时，非线性 较大。但小压力测量中由于变形很小，非线性误差可小于 0.5%，同时又有较高 的灵敏度，因此在冲击波的测量中，国内外都用过这种膜片式压力传感器。 B 这种传感器与膜片一应变筒式压力传感器相比， 自振频率较低，因此在低dR "R [(1 2 ) C(1 2 )]
应变式扭矩传感器简单设计报告
基于电阻应变式扭矩传感器与MSP430的扭 矩测量系统设计
2.应变式扭矩传感器 2.1 金属应变计工作原理 电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应[4]。金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。 例如，一段金属丝的电阻R 与丝的长度L ，横截面A 有如下关系： L R A ρ = （2-1） 若金属丝受到拉力F 作用伸长，伸长量设为l ?，横截面积相应减少A ?，电阻率的变 化设为ρ?，则电阻的相对变化量为： R l A R l A ρρ????=-+ （2-2） 又因为对金属丝来说2 22,2, 2A r r r A r A rdr A r r ππππ???=?===于是有： 2R l r R l r ρ ρ????=-+ （2-3） 由材料力学知，弹性限度内材料的泊松系数为//r r l l μ?=-?，则有 0(12)R l l K R l l ρμρ????=++= （2-4） 式中0/12/K l l ρρ μ?=++ ?为金属丝的灵敏度系数，它越大表明单位应变引起的电阻相对变化越大。若令l l ε?=为金属丝的轴向相对应变，则 (12)R R ρρμεε ??=++ （2-5） 从上式可知，灵敏度系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸的 变化，即12μ+；另一个是受力后材料晶格畸变引起电阻率发生的变化及 ρ ρε ?。对金属材料电阻丝来说，灵敏度系数表达式中12μ+的值要比 ρ ρ ε ?大得多。因此
在相当的范围内，电阻的相对变化与金属丝的纵向应变ε成正比，也及金属丝有着不错的线性度。 2.2 扭矩测量原理 弹性体是扭矩传感器的关键部件，它直接与被测对象接触（例如电机转轴）并引起应变片产生形变。 弹性轴在受到扭转时发生形变（如图），轴上会有应力和应变产生。其横截面会受到一个剪应力，该剪应力按照直线规律变化，在轴的中心处为零，轴的表面达到最大[4]。 (1)弹性轴横截面剪应力 （2）弹性走表面法向张力 图2.1 弹性轴横截面与表面手里分析 现在从弹性轴的径向表面上取一个单元进行研究，如图，在其与杆轴成45度与135度的斜面上，受到法向应力，此法向应力为主应力，其数值等于横截面上的剪应力τ[4]。图中，此应力在一个方向上受拉伸，另一个方向上受压缩。
电阻应变片式传感器
电阻应变片式传感器 应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非常重要的检测手段，广泛的应用于工程测量和科学实验中。它具有以下几个特点。 （1）精度高，测量范围广。对测力传感器而言，量程从零点几N 至几百kN ，精度可达0.05%F S ?（F S ?表示满量程）；对测压传感器，量程从几十Pa 至11 10Pa ，精度为0.1%F S ?。应变测量范围一般可由数με（微应变）至数千με（1με相当于长度为1m 的试件，其变形为1m μ时的相对变形量，即6 1110μεε-=?）。 （2）频率响应特性较好。一般电阻应变式传感器的响应时间为710s -，半导体应变式传感器可达1110 s -，若能在弹 性元件设计上采取措施，则应变式传感器可测几十甚至上百kHz 的动态过程。 （3）结构简单，尺寸小，质量轻。因此应变片粘贴在被测试件上对其工作状态和应力分布的影响很小。同时使用维修方便。 （4）可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。 （5）易于实现小型化、固态化。随着大规模集成电路工艺的发展，目前已有将测量电路甚至A/D 转换器与传感器组成一个整体。传感器可直接接入计算机进行数据处理。 （6）价格低廉，品种多样，便于选择。 但是应变式传感器也存在一定缺点：在大应变状态中具有较明显的非线性，半导体应变式传感器的非线性更为严重；应变式传感器输出信号微弱，故它的抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；应变式传感器测出的只是一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等。 尽管应变式传感器存在上述缺点，但可采取一定补偿措施，因此它仍不失为非电量电测技术中应用最广和最有效的敏感元件。 一、电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。其中半导体材料在受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象叫应变片的压阻效应。 导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单，因为导体或半导体的电阻L R S ρ=与电阻率及其几何尺寸
扭矩传感器的测量方法
采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。 扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的电信号。这就是基本的扭矩传感器模式。但是在旋转动力传递系统中，最棘手的问题是旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出如何可靠地在旋转部分与静止部分之间传递，通常的做法是用导电滑环来完成。 由于导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。及由于接触不可靠引起信号波动，因而造成测量误差大甚至测量不成功。为了克服导电滑环的缺陷，另一个办法就是采用无线电遥测的方法：将扭矩应变信号在旋转轴上放大并进行v/f转换成频率信号，通过载波调制用无线电发射的方法从旋转轴上发射至轴外，再用无线电接收的方法，就可以得到旋转轴受扭的信号。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.360docs.net/doc/1d11962589.html,/
电阻应变式传感器.
第二讲电阻应变式传感器 教学目的要求： 1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性； 2. 熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用; 3. 掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点：应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用 教学难点：应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时：共4学时（其中作业习题讲解 1学时） 教学内容： 本讲内容介绍： 电阻应变式传感器具有悠久的历史， 是应用最广泛的传感器之一， 本节着重介绍作为应 变式传感器核心元件的电 阻应变片的工作原理、 种类、材料和参数；讨论其温度误差及其补 偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求： 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是 应变效应一一机械变形时，应变片电阻变化 图2-6 金属丝应变效应 电阻丝的电阻: ： -L 求R 的全微分得: L F - ------—=一一一一—== -- . '■r I
式中L 是长度相对变化，即应变 ■:。 金属丝的变形有： S 2：r^ [L 2^- S r L 式中"：泊松比，对于钢"_ °?285 故应变效应数学表达式： =（1 2」）； 灵敏度系数: 因此应变的应变效应原理 R K ；x R 式中K ——电阻应变片的灵敏系数 二、电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求： 1） 一般了解应变片的结构和分类。 2） 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1. 电阻应变片的结构和分类 结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中，敏感栅是应变片 的核心部分，它是用直径约为 0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电 阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分：丝式、箔式 3. 应变片的横向效应 应变片的灵敏系数 K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数 K s ,其原因是由于横向效应的 影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后， 在圆弧的各微段上，其轴向感受的 应变在+ ；x 和；y =-「；x 之间变化，从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的 同样长度电阻丝电阻变化的现象。 iP/ =1 2 二 .R
扭矩传感器样本
工作原理： 传感器扭矩测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。下面为扭矩测量的主要工作原理框图，由于采用了能源与信号的无接触传输，完美的解决了旋转状态下的扭矩测量。 电源 当测速码盘连续旋转时，通过光电开关输出脉冲信号，根据码盘的齿数和输出信号的频率，即可计算出对应的转速。 技术指标： 1.测量范围：0.5N·m--5万N·m（分若干档） 2.非线性度：±0.1%--±0.3%（Ｆ·Ｓ） 3.重复性：±0.1%--±0.2%（Ｆ·Ｓ） 4.精度：±0.2%--±0.5%（Ｆ·Ｓ） 5.环境温度：-40℃--70℃ 6.过载能力：150% 7.频率响应：100 μs 8.输出信号: 频率方波 (标准产品)，也可以为4-20毫安电流或电压信号 零扭矩: 10 KHz 正向满量程: 15 KHz 反向满量程: 5 KHz 9.输出电平：5V （可以根据客户的要求作出调整),负载电流<10mA 10.信号插座： (1)0. (2)+12V. (3)-12V. (4)转速. (5)扭矩信号. 11．绝缘电阻：大于200MΩ 12．相对湿度：≤90%RH 量程选择： 转矩转速传感器的量程选择应以实际测量的最大转矩来确定，通常情况下应留有一定余量，防止出现过载以至于损坏传感器。 计算公式：M=9550*P/N 1
M：转矩单位（牛.米）P：电机功率单位（千瓦）N：转速单位（转/分钟） 如您使用的电机为三相感应电机，转矩量程应选择为额定扭矩的2-3倍，这是由于电动机的启动转矩较大的缘故。 型号选择 C系列转速转矩传感器 代号类型 4 常规动态测试 5 静态（适用于非旋转场合） 6 小量程（10牛米以下） 4A 为4型换代产品 6A 为6型换代产品 7 可以同时测量轴向力 量程测量范围（NM） 0.5 0—0.5 1 0—1 2 0—2 5 0—5 10 1—10 20 2—20 50 5—50 100 10—100 200 20—200 300 30—300 500 50—500 700 70—700 1000 100—1000 2000 200—2000 5000 500—5000 10000 1000—10000 20000 2000—20000 50000 5000—50000 代号输出形式 1 频率输出 2 4-20mA 3 电压输出 代号精度等级 A 0.2 B 0.5 2
基于电阻应变片的压力传感器设计
前言 随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。
位移传感器
位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。 位移传感器的主要分类 根据运动方式 直线位移传感器： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。 为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 角度位移传感器： 角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地
板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。 根据材质 电位器式位移传感器：它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。 霍耳式位移传感器：它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；
电阻应变片的压力传感器设计
湖南科技大学 传感器课程设计 题目 作者 学院机电工程学院 专业测控技术与仪器 学号 指导教师 二〇一七年六月十日
应变式传感器应用广泛，很多地方都得以应用，而本次课程设计的重点是设计一个应变片柱式传感器用来称重。研究的重点是传感器的基本原理，其中包括基本的理论分析、弹性元件的选材、弹性元件的尺寸设计、应变的选材、应变校验等。 课程设计的内容包括：掌握和了解相关传感器的基本测量方法和研究动态、制定传感器测量方案、进行必要的理论计算分析、用CAD对传感器结构及零件进行设计、对转换电路进行计算和设计等。 关键词：圆柱式、应变片、称重、形变
一、工作原理及特点——————————————————1 1、工作原理————————————————————————1 2、测量特点————————————————————————1 二、柱式传感器结构设计————————————————2 1、弹性元件材料的选定及要求————————————————2 2、弹性元件材料的处理———————————————————3 3、几种应变片的比较及选定—————————————————3 4、应变片材料的选定及要求—————————————————4 三、相关理论分析———————————————————6 1、弹性敏感元件的特性参数计算———————————————6 2、应变片参数的计算————————————————————7 3、弹性元件变形与应变片电阻值关系—————————————7 四、电路的设计————————————————————9 参考文献—————————————————————10