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傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計,,一、課程設(shè)計目的課程設(shè)計的目的主要是通過設(shè)計環(huán)節(jié)的實際訓練，加深學生對該課程基礎(chǔ)知識和基本理論的理解和掌握，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，使之在理論分析、設(shè)計、計算、制圖、運用標準和規(guī)范、查閱設(shè)計手冊與資料以及計算機應(yīng)用能力等方面得到初步訓練，促進學生養(yǎng)成嚴謹求實的科學態(tài)度。,二、課程設(shè)計任務(wù)題目:基于電阻應(yīng)變片的傳感器設(shè)計初始條件：采用電阻應(yīng)變片設(shè)計測量力、壓力、加速度、位移等物理量的傳感器，要求根據(jù)被測變量及其量程范圍，設(shè)計彈性元件的結(jié)構(gòu)形式，合理選擇應(yīng)變片的型號、數(shù)量、粘貼方式，并完成相關(guān)測試電路的設(shè)計。,,金屬電阻應(yīng)變片,,,被測量,彈性敏感元件,,應(yīng)變ε、應(yīng)力σ、撓度y,測量電橋,,電阻應(yīng)變式傳感器組成原理框圖,,電阻變化ΔR,電源,,,,,可用電量U、I、f,處理顯示,三.設(shè)計步驟,1.根據(jù)任務(wù)書要求，進行方案選擇,設(shè)計總原則：靈敏度設(shè)計，強度校核。,應(yīng)變式力/稱重傳感器應(yīng)變式壓力（即壓強）傳感器應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式位移傳感器應(yīng)變式力矩傳感器,為貫徹學校課程設(shè)計一班多題的要求，已擬定35個方案，每題1人，請各班學委負責分配。,（1）輪輻式（剪切力）,具體要求見資料1、2,（2）雙孔平行梁式（彎曲力）,具體要求見資料：3、4、5,（3）單孔剪切梁（剪切力）,具體要求見資料：6、7,（4）S型彎曲或剪切,具體要求見資料：8、9、10、11、12,（5）組合梁（彎曲式）,具體要求見資料：13,（6）柱/筒式（正應(yīng)力）,具體要求見資料：14、15,荷重式拉壓式,（7）軸銷式荷重（剪切力）,是測量軸承、滑輪等構(gòu)件的徑向載荷或鋼絲繩張力的專用傳感器，它可以代替滑輪銷軸安裝在結(jié)構(gòu)中作徑向力測量。具體要求見資料：16,（8）旁壓張力傳感器（橋式，剪切力）,用于測量鋼絲繩的張力。鋼絲繩通過U形螺栓固定在傳感器上，當鋼絲繩受拉力時，力通過導(dǎo)向輪作用在傳感器上。具體要求見資料：17,（9）橋式（剪切力）,雙剪切梁式傳感器，綜合精度高。用于汽車衡、天車秤等。具體要求見資料：18、19、20,（10）板環(huán)式傳感器,具體要求見資料：21、22,,,F,F,（12）靜態(tài)扭矩傳感器,具體要求見資料：25、26、27,（11）輪輻（圓板）式稱重測力傳感器,具體要求見資料：23、24,（13）壓力（壓強）傳感器,結(jié)構(gòu)示意圖見：28、29、30、31、32，設(shè)計參閱《傳感器技術(shù)手冊》主編：袁希光國防工業(yè)出版社1986年,（14）位移傳感器,結(jié)構(gòu)示意圖見：33、34，設(shè)計參閱《傳感器技術(shù)手冊》等書籍,（15）加速度傳感器,結(jié)構(gòu)示意圖見：35，設(shè)計參閱《傳感器技術(shù)手冊》等書籍,（3）設(shè)計與計算;首先由確定的彈性元件計算作用力于某點時此處的應(yīng)力大小并與材料的允許應(yīng)力進行比較，選擇合理的布片位置，其點盡可能為εmax點處;據(jù)彈性元件材料的許用彎曲應(yīng)力[σ]和許用剪切應(yīng)力[τ]取安全系數(shù)值;驗證抗彎和抗剪強度重新取整尺寸;,（2）材料的選擇；,2.彈性元件的設(shè)計與計算,（1）結(jié)構(gòu)的選擇;,確定貼片處;彈性元件的附件選取;,注意問題：形狀簡單的梁，在單向應(yīng)力（零至最大的循環(huán)）下工作，為了保證107次以上的壽命，許用應(yīng)力[σ]應(yīng)取彈性極限的2/3以下；形狀復(fù)雜的彈性元件，如膜盒、波紋管等，在多變應(yīng)力下工作，為了減小滯后，許用應(yīng)力至多只能取彈性極限的1/3左右；對于長期受載和測量用的彈簧，也應(yīng)取較低的許用應(yīng)力（如取彈性極限的1/5）；承受靜載荷的彈性元件，許用應(yīng)力可以允許接近彈性極限。,3.應(yīng)變片的選擇計算（1）選取R值;（2）選材（線膨脹系數(shù)βt、電阻溫度系數(shù)αt、機械性能等確定）;（3）據(jù)使用場合、范圍選形式;（4）據(jù)使用場合、范圍選基底、引線材料和粘合劑;（5）應(yīng)變片的主要參數(shù)、尺寸選擇。4.外型（外觀）設(shè)計外殼、固定、輸入輸出等。注意裝配關(guān)系表達清楚，標注裝配尺寸、外觀尺寸、材料等。,5.測量電路的設(shè)計與計算（1）橋路的設(shè)計計算;注意：供橋電壓的選擇應(yīng)考慮①應(yīng)變片的面積；②應(yīng)變片的電阻；③傳感器的散熱能力；④環(huán)境溫度；⑤應(yīng)變片的類型；⑥傳感器（測試對象）的材料等。對全橋：(2)放大電路的設(shè)計與參數(shù)計算;(3)其它相關(guān)電路（如檢波、濾波、電源等）的設(shè)計與參數(shù)計算;,Rg：應(yīng)變片電阻；Fg：敏感柵面積；PG：敏感柵上的功率密度，可取PG=（1.6~3.1）10-3W/mm2,8.附圖電路原理圖（4號圖紙）;機械制圖標準繪制機械裝配圖（?3號圖紙）、彈性元件圖（4號圖紙）各一張.,四、時間安排,五、參考書傳感器技術(shù)手冊主編：袁希光國防工業(yè)出版社1986年（機電學院4樓圖書室）應(yīng)變電測與傳感技術(shù)主編：鄭秀瑗，國防工業(yè)出版社1985年電阻應(yīng)變式傳感器陶寶琪主編機械工業(yè)出版社1993年電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)用技術(shù)王云章主編機械工業(yè)出版社1991年傳感器設(shè)計基礎(chǔ)——課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計指南單成祥等國防工業(yè)出版社，2007年注：書籍可在學校網(wǎng)站“數(shù)字圖書館”的“超星電子圖書”下載,六、指導(dǎo)教師及分組測控1101：韓雪，趙燕測控1102：趙燕，余先濤測控1103：余先濤，周曉測控1104：周曉,戴蓉測控zy1101：戴蓉，韓雪,七、教室及答疑安排答疑時間：17-18周周一～五上午9：00～10：30地點:機電大樓六樓測控系1~5班的負責教師按順序值班答疑。學生有設(shè)計問題也可電話聯(lián)系各班的負責教師。,八、課設(shè)提交注意事項：1.課程設(shè)計文件袋、封面統(tǒng)一領(lǐng)?。ㄙ徺I），文件袋題目寫“傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計——基于電阻應(yīng)變片的傳感器設(shè)計”，設(shè)計說明書封面題目寫“基于電阻應(yīng)變片的傳感器設(shè)計”;2.說明書裝訂順序：（1）本科生課程設(shè)計成績評定表（打印）;（2）任務(wù)書（打?。?（3）說明書目錄、正文、參考文獻、附錄，圖紙放文件袋里。說明書書寫格式見文件：“課程設(shè)計說明書統(tǒng)一書寫格式”,3.設(shè)計說明書手寫或打印均可，再次強調(diào)內(nèi)容不要抄書本，寫出自己的設(shè)計思路、分析計算過程；4.繪圖格式正確、整潔；（可以計算機繪圖）5.凡設(shè)計說明書雷同者一律不及格；6.鼓勵用ANSYS等軟件對彈性元件進行力學分析，對設(shè)計電路進行仿真；7.預(yù)定18周星期五上午8：30交設(shè)計資料并接受指導(dǎo)老師質(zhì)疑（具體提交時間由各班負責老師確定）。,