应变片式传感器测扭矩设计说明书..doc

传感器与测控电路课程设计
设计说明书
目 录
一 、设计题目要求与分析------------------------------1
二 、扭矩测量及应变片的原理----------------------1
三 、总体方案的确定----------------------------2
四 、传感器的设计------------------------------------3
1 传感器类型的选择
2 传感器结构设计及结构图
3 静动态扭矩传感器设计计算原理
5 使用寿命与静校方法
五 、测控电路的设计计算和相应的原理设计图------------5
　1 　测量电路的设计方安要求
2 低功耗设计
　　 3 换向电路
4 放大电路
5 转向电路
6 中央处理电路
7 受控电源电路
8 软件设计
六 、精度误差分析-----------------------------------11
七 、参考文献---------------------------------------12
八、附Protel图AutoCAD图----------------------------------13
一 、设计题目要求与分析
1、设计题目：设计一个可测静动态扭矩的传感器及扭矩仪。
2. 设计分析与要求
(1)、既可以测量静止扭矩，也可以测量旋转转矩；
(2)、既可以测量静态扭矩，也可以测量动态扭矩；
(3)、检测精度高，稳定性好；抗干扰性强；
(4)、体积小，重量轻，多种安装结构，易于安装使用；
(5)、不需反复调零即可连续测量正反转扭矩；
(6)、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-20~150。
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：
多数应变式传感器都是将应变计粘贴于弹性元件表面弹性元件表面的变形通过基底和粘结列传递给应变计的敏感。由于基底和粘贴剂的弹性模量与敏感栅材料的弹性模量之间有差别等原因．弹性元件表面的应变不可能全部均匀地传递到敏感栅。
2、扭矩测量的基本原理
一根实心的圆轴在扭矩的作用下，其表面的剪应力的大小为
式中G为剪切弹性模量，
同时，相距为L的两个断面的相对扭转角，其值的可有下式决定：
式中为断面的极惯性矩，又
对于实心圆轴：=/32；
对于空心圆轴：/32（）；
由上述各式可见，只要轴的尺寸D或，及L确定，材料的剪切弹性模量就一定，转轴的剪应变和相距L的两断面的相对转角就只与扭矩有关，且成比例，即
为常数，所以
因此，只要测量即可确定。
三 总体方案的确定
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,
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，经低通滤波送入A/D转换，然后经单片机处理送显示屏显示其大小。这种接法可以消除轴向力和弯曲力的干扰。
四、传感器的设计
1、传感器的选择
一般的应变式动态扭矩传感器主要是集流环式, 它的主要结构是传感器中间有一根回转运动的扭力轴,并且在扭力轴上贴有应变片。为了将应变信号输出,碳刷集流环方式信号输出的动态扭矩传感器往往采用碳刷与集流环形式, 将应变信号从运动的扭力轴传送到固定的外壳上的碳刷集环方式信号输出的动态传感器。由于集流环和电刷之间是相互运动, 因而有可能产生跳动和共振现象, 使电刷和集流环产生急速磨损,缩短了电刷与集