武汉理工大学《传感器原理及应用A》课程设计说明书
为：R1?R2?100K?;R3?R4?470?;
R5?R6?80K?;R0?4K? 因此有： U0?R52R1802?100(1?)(Ui2?Ui1)?(1?)?11.5?10-3?99.8v?100vR3R00..4746.3相敏检波电路
经过放大以后的波形仍为调幅波，必须用检波器将它还原为被检测应变信号的波形。而一般的检波器只有单向的电压输出，不能区别拉压应变信号。因此，我采用能克服上述缺点的相敏检波器，它可以有双向信号输出，能反映出应变的拉或者压。其放大增益设为1，所以只是起到检波作用，无放大效果。则其对应的电阻值为R1=R2=R3=R4=R5=R6/2=1k?.电路图如下：
图6.3 相敏检波电路
如上图：当VCC1=1时，Q2导通，Q1截止，同相输入端接地，Us从反相
R6??1.当VCC2=1，VCC1=0时，Q2截止，输入端输入，放大倍数为?R2?R3Q1导通，反相输入端通过R3接地，Us从同相输入端输入，放大倍数为
R5R3?R61??3?1:从而实现了相敏检波。
R1?R4?R5R336.4低通滤波电路
由相敏检波电路输出的被检测应变波形中仍残留有载波信号，必须滤掉，方
11
武汉理工大学《传感器原理及应用A》课程设计说明书
能得到被检测应变信号的正确波形。一般用电容，电感组成二型低通滤波器。
对滤波器的特性要求，要考虑到和前级相敏检波电路的匹配，又要考虑和后级记录器的匹配。由于它要滤去高频波中频率最高分量，即是载波频率?，而一般被测应变信号频率比?小很多，故滤波电路的截止频率只要在（0.3~0.4）?，就可满足频率特性要求。所以在这里我选用无线增益多路反馈型低通滤波电路。其示意图如下：
图6,4 低通滤波电路
其放大增益 而载波信号频率定为500HZ 则此滤波器的截止频率为150~200HZ，我选择设计截止频率为200HZ的低通滤波电路，其参数如下：R1=R3=10K?, R2=2.5K?,C1=C2=1?F;则其增益为：Kp??R3??1；截R2止频率W0?11??500HZ 2R2R3C1C2104?2.5?103?(10?6)
6.5电路总图的设计
12
武汉理工大学《传感器原理及应用A》课程设计说明书
图6.5 电路总图
13
武汉理工大学《传感器原理及应用A》课程设计说明书
7.误差来源与精度分析
电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：
（1）弹性元件电阻应变计应变粘结剂的单线膨胀系数不同 弹性元件的纵向和横向膨胀率不同电阻应变计基底和应变粘结剂底膜的厚度不同在环境温度发生变化时都会产生不同程度的热胀冷缩使电阻应变计敏感栅仁, 长或缩短引起电阻值变化
（2）电阻应变计敏感栅材料的电阻温度系数不为零各电阻应变计之间又有一定的 分散度而且敏感栅材料的电阻率也随环境温度而变化这都会引起电阻的改 变
（3）由于各电阻应变计的引出线及连接导线的长度不同温度变化可引起电桥导线 的电阻变化
（4）不同材料如康铜镍等焊点之间存在着较小的热电势也可以引起电阻变化 另外，影响称重传感器稳定性的因素主要有： （1）称重传感器的结构
称重传感器的弹性元件、外壳、膜片及上压头、下压垫的设计，都必须保证受载后在结构上不产生性能波动，或性能波动很小。为此在称重传感器设计时，应尽量作到应变区受力单一，应力均匀一致；贴片部位最好为平面；在结构上保证具有一定的抗偏心载荷和侧向载荷的能力；安装力远离应变区，测量时应避免载荷支承点的位移。尽管称重传感器属于装配制造产品，但为了保证具有最佳技术性能和长期稳定性，尽可能将它设计成一个整体结构。
（2）机械加工与热处理工艺
弹性元件在机械加工过程中，由于表面变形的不均匀产生较大的残余应力，切削用量越大，残余应力就越大，磨削加工产生的残余应力最大。因此应制订合理的加工工艺和规定适当的切削用量。弹性元件在热处理过程中，由于冷却温度不均匀和金属材料相变等原因，在芯部和表层产生方向不同的残余应力，其芯部为拉应力，表层为压应力。必须通过回火处理工艺，在其内部产生方向相反的应力，与残余应力相互抵消，减少残余应力的影响。
（3）电阻应变计与应变粘结剂
电阻应变计应具有最佳性能，要求灵敏系数稳定性好，热输出小，机械滞后和蠕变小，应变量为1500×10-6时疲劳寿命可达108，电阻值偏差小，批次质量均一性好等。
14
武汉理工大学《传感器原理及应用A》课程设计说明书
应变粘结剂应具有粘结强度大，抗剪强度高；弹性模量较大且稳定；电绝缘性能好；具有与弹性元件相同或相近的热膨胀系数；蠕变和滞后小；固化时胶层体积收缩小等。粘贴电阻应变计时一定要严格控制胶层厚度，因为粘结强度随胶 层厚度的增加而降低。这是由于薄的胶层需要更大的应力才能变形，不易产生流动和蠕变，界面上的内应力很小，产生气泡和缺陷的几率也比较小，应变传递性能好，只要防护密封合理就可达到较高的稳定性水平。
对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。 滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。同时在后面放大电路，相敏检波电路以及后面滤波电路都会有人为或者环境影响所带来误差。
8.小结体会
本次课程设计给了我一个亲自动手实践的机会，虽然在自己动手做的过程中有很多时候感觉很迷茫，不知道从哪里突入，但经过自己的一点点查资料以及去问别人慢慢的就好了很多。这次的课程设计让我对传感器有了更加深刻的认识，从应变片的选择，电路的设计以及各种参数的计算都是一点点的慢慢算出来的在这一系列的过程中对传感器的认识以及对工业设计的艰难也有了些许了解。
总之这一段时间的课程设计也让我收获了许多，也加深了对所学知识的理解。
9.参考文献
《电阻应变式传感器应用技术》 主编：王云章 机械工业出版社 1991年 《传感器原理及应用》 赵燕主编 北京大学出版社 2009年
《传感器工作原理及应用实例》 主编：黄继昌等 人民邮电出版社 1998年
《传感器与自动检测技术》 主编：余成波 高等教育出版社，2009 《精密机械设计》 主编：庞振基等 机械工业出版社 2005年
15