电控学院
传感器课程设计
院 （系）： 电气与控制工程学院
专业班级：姓 名：
学 号：
指导教师： 王党树 陈文燕
2012年 1月 3 日
目录
1 任务 ............................................................................................................................. 3
2 原理 ............................................................................................................................. 3
2.1 电阻应变片的工作原理....................................................................................... 3
2.2 运算放大电路的工作原理 ................................................................................... 3
3 内容 ............................................................................................................................. 4
3.1 电路图 ............................................................................................................... 4
3.2 器件选择............................................................................................................ 4
3.2.1 Op07运算放大器...................................................................................... 4
3.2.2 电阻应变片.............................................................................................. 5
4 参数计算 ...................................................................................................................... 5
5 心得体会 ...................................................................................................................... 6
电阻应变式称重传感器
称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。电阻应变式称重传感器是基于应变效应，在外力作用下，粘贴于弹性体表面的应变片，跟弹性体一起产生形变，应变片产生形变后，其阻值会发生变化，测量电路将阻值的变化转化成电信号输出，从而间接得测量出外力。从以上可以看出，电阻应变式称重传感器主要由弹性体、应变片与测量电路三部分组成。 1 任务
本次课程设计要求利用电阻应变式传感器设计称重仪，称重量程0~10kg,要求电路电压的输出值与被测物体的质量有关，并消除零漂。
2 原理
2.1 电阻应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：
LR（式S2-1）
式中：—— 金属导体的电阻率（ Ω·cm2/m ）
S—— 导体的截面积（ cm2 ）
L—— 导体的长度（ m ）
以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。
2.2 运算放大电路的工作原理
由于电桥的输出在毫伏级，给测量带来不便，因此需要利用op07将此电压差放大，便于测量。Op07适合于电源电压范围很宽
的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 3 内容
图3-1 电阻应变式传感器称重电路
图3-2 粘贴好应变片的双孔梁
3.2 器件选择
3.2.1 Op07运算放大器
OP07的功能介绍：
Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得
OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等 OP07的特点：
超低偏移： 150μV最大 。
低输入偏置电流： 1.8nA 。
低失调电压漂移： 0.5μV/℃ 。
超稳定，时间： 2μV/month最大
高电源电压范围： ±3V至±22V
3.2.2 电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少。电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间成比例的关系。需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便，常常把它的百万分之一作为单位，记作με。
4 参数计算
图4-1 运算放大器电路
AR6
R510（式4-1）
5 心得体会
进入大三的第一次课程设计—传感器课程设计，我们小组选择的事电阻应变片称重传感器，本来以为相比其他课题应该比较简单，可是我们还是高估了自己的能力。学习了一学期的传感器，通过这次课程设计才发现理论与实际的差距。我们采用全桥测量电路，经过运放电路进行信号放大，具有精度高，性能稳定，测量精确，使用方便等优点。测量过程是把被测物体重量通过传感器将重量信号转化为电压信号输出，放大系统把来自传感器且微弱的信号放大。
通过这次设计的体验，让我明白了亲手实际操作的重要性，在实际设计电路的过程中，我们会遇到一些失误与错误，才能认真检验并找出问题所在，这样便在不断的纠错中提高了自己的动手能力。当然，可能还各种各样的问题，在以后的实际制作中可以加以改进改善。当然小组合作也很重要，集思广益，共同解决问题。
电控学院
传感器课程设计
院 （系）： 电气与控制工程学院
专业班级：姓 名：
学 号：
指导教师： 王党树 陈文燕
2012年 1月 3 日
目录
1 任务 ............................................................................................................................. 3
2 原理 ............................................................................................................................. 3
2.1 电阻应变片的工作原理....................................................................................... 3
2.2 运算放大电路的工作原理 ................................................................................... 3
3 内容 ............................................................................................................................. 4
3.1 电路图 ............................................................................................................... 4
3.2 器件选择............................................................................................................ 4
3.2.1 Op07运算放大器...................................................................................... 4
3.2.2 电阻应变片.............................................................................................. 5
4 参数计算 ...................................................................................................................... 5
5 心得体会 ...................................................................................................................... 6
电阻应变式称重传感器
称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。电阻应变式称重传感器是基于应变效应，在外力作用下，粘贴于弹性体表面的应变片，跟弹性体一起产生形变，应变片产生形变后，其阻值会发生变化，测量电路将阻值的变化转化成电信号输出，从而间接得测量出外力。从以上可以看出，电阻应变式称重传感器主要由弹性体、应变片与测量电路三部分组成。 1 任务
本次课程设计要求利用电阻应变式传感器设计称重仪，称重量程0~10kg,要求电路电压的输出值与被测物体的质量有关，并消除零漂。
2 原理
2.1 电阻应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：
LR（式S2-1）
式中：—— 金属导体的电阻率（ Ω·cm2/m ）
S—— 导体的截面积（ cm2 ）
L—— 导体的长度（ m ）
以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。
2.2 运算放大电路的工作原理
由于电桥的输出在毫伏级，给测量带来不便，因此需要利用op07将此电压差放大，便于测量。Op07适合于电源电压范围很宽
的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 3 内容
图3-1 电阻应变式传感器称重电路
图3-2 粘贴好应变片的双孔梁
3.2 器件选择
3.2.1 Op07运算放大器
OP07的功能介绍：
Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得
OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等 OP07的特点：
超低偏移： 150μV最大 。
低输入偏置电流： 1.8nA 。
低失调电压漂移： 0.5μV/℃ 。
超稳定，时间： 2μV/month最大
高电源电压范围： ±3V至±22V
3.2.2 电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少。电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间成比例的关系。需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便，常常把它的百万分之一作为单位，记作με。
4 参数计算
图4-1 运算放大器电路
AR6
R510（式4-1）
5 心得体会
进入大三的第一次课程设计—传感器课程设计，我们小组选择的事电阻应变片称重传感器，本来以为相比其他课题应该比较简单，可是我们还是高估了自己的能力。学习了一学期的传感器，通过这次课程设计才发现理论与实际的差距。我们采用全桥测量电路，经过运放电路进行信号放大，具有精度高，性能稳定，测量精确，使用方便等优点。测量过程是把被测物体重量通过传感器将重量信号转化为电压信号输出，放大系统把来自传感器且微弱的信号放大。
通过这次设计的体验，让我明白了亲手实际操作的重要性，在实际设计电路的过程中，我们会遇到一些失误与错误，才能认真检验并找出问题所在，这样便在不断的纠错中提高了自己的动手能力。当然，可能还各种各样的问题，在以后的实际制作中可以加以改进改善。当然小组合作也很重要，集思广益，共同解决问题。