第13章 小型稱重系統設計 13.1 設計任務 13.1 設計任務 本例是利用金屬箔式應變片設計一個小型稱重裝置。硬件部分是在Multisim中仿真設計，軟件顯示與分析部分由LabVIEW虛擬儀器完成。本設計完成過程中需要掌握以下幾點： 1)掌握金屬箔式應變片的應變效應，單臂、全橋電橋 工作原理和性能。 2)學會利用應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。 4)學會使用全橋電路。 5)會使用G語言編程實現虛擬儀器的功能。 13.2 測量電路原理與設計 13.2.1 傳感器模型的建立 電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產生機械變形時，它的電阻值相應發生變化。應變片是由金屬導體或半導體制成的電阻體，其阻值將隨著壓力所產生的變化而變化。對于金屬導體，電阻變化率的表達式為： (13-1) 式中： μ—材料的泊松系數； ε—應變量。 13.2 測量電路原理與設計 ◆通常把單位應變所引起電阻相對變化稱作電阻絲的靈敏系數，對于金屬導體，其表達式為： (13-2) 所以： (13-3) ◆在外力作用下,應變片產生變化,同時應變片電阻也發生相應變化。當測得阻值變化為△R時，可得到應變值ε，根據應力與應變關系，得到應力值為 (13-4) 13.2 測量電路原理與設計 式中： σ-應力,ε-應變(為軸向應變) E-材料的彈性模量 。 又重力G與應力σ的關系為： (13-5) 式中： G-重力,S-應變片截面積 根據以上各式可得到： (13-6) 由此得出應變片電阻與重物質量的關系，即 (13-7) 13.2 測量電路原理與設計 根據應變片常用的材料(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代替應變片進行仿真，模型如圖13-1所示： 13.2 測量電路原理與設計 13.2.2 橋路部分電路原理 ◆電阻應變計把機械應變轉換成ΔR/R后，必須采用轉換電路通常采用惠斯登電橋電路實現這種轉換。 ◆圖13-2所示的直流電橋，對于單臂電橋,如下圖： 13.2 測量電路原理與設計 13.2 測量電路原理與設計 (13-10) 電橋電壓靈敏度定義為： (13-11) 從上式分析發現： 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，必須恰當的選擇n的值，保證電橋具有較高的靈敏度。 13.2 測量電路原理與設計 由

總結

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