文 献 综 述

一 、课题研究意义和研究现状

现代电子技术的发展，使得一些传统的测量方法发生了巨大的变化。一些仪器的测量使用范围也得到了大的发展。也使物理学原理在工程技术中的应用得到了淋漓尽致的发挥^[01]。例如在普通的大学物理实验中，惠斯登单臂电桥主要用做测量电阻的工作，但在道路桥梁的建筑工程测量中，惠斯登单臂电桥则经常被用来测量形变。而在我们的日常生活中,密度的测定是经常遇到的一个工作。如果需要测量的密度是均匀分布的，我们就可以根据在大学物理中学到的浮力定律完成测量。为此可以拓宽惠斯登单臂电桥的应用范围，通过测量电路中电阻变化测量微小形变实现测量物体重量，从而完成物体密度测量^{[02] [03]}。

在开发测量任意形状固体密度时，我们要用到普通物理实验时做过的一个实验”流体静力称衡法”。目前该方法因其测量速度快，操作简单的优势正广泛的应用于一些对测得密度的精度要求不高的工作中，如矿山矿石的密度测量，评估森林培育情况中对树干密度的测量，冶金行业成品金属材料的密度测量等。该方法不需要知道固体的体积，只要测出固体在空气和水中的重量就可以利用浮力定律计算出固体的密度。而为了测量液体的密度，我们可以将一块已经知道体积和重量的金属块悬挂在该液体中设法测出浮力就可以非常方便地测量出液体的密度。为此本毕业设计需要设计一套用电阻应变片测量重量的装置。主要原理是通过惠斯登电桥测量悬挂物体梁上电阻应变片的电阻值变化测量物体重量的变化。知道了物体在空气与液体中重量差就可以用”流体静力称衡法”测量密度。整个装置是利用传感器技术，电子技术和微处理技术与传统密度测量方法的结合，可以根据不同测量的需要开发研制出一款多功能密度测定仪。

二、惠斯登电桥^[04]

惠斯登电桥（单臂电桥 Wheatstone bridge）。1833年，英国发明家克里斯蒂发明了这种电桥，并由惠斯登第一个将其用来测量电阻。该电桥出色的用于精确的测量出中值电阻，之后又广泛应用在称重检测元件上。

电桥原理图如下图1所示，R1，R2是已知标准电阻 ，Rs是可变标准电阻，Rx是被测电阻 ，B、D间接检流计。接通电路后，检流计一般不示零，说明B，D两点电位不相等，通过调节Rs，使检流计中无电流通过（IK=0），此时电桥达到平衡。电桥平衡的条件是B，D 两点电位相等 ，即I₁R₁ =I₂R₂ I_XR_X=I_SR_S ,I₁=I_X I₂=I_S,所以R_X=R₁R_S/R₂

（图见附件）

三、电阻应变片式传感器工作原理^[05][06][07]

电阻应变式称重传感器通常是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后根据实际需求组成电桥，将力信号转换为电信号的元件。电阻应变式称重传感器由电阻应变片、弹性体、检测电路三个主要部分组成。其中弹性体在受到外力时发生弹性形变，使粘贴于弹性体表面的电阻应变片也跟着产生弹性形变，从而引起阻值或大或小的改变。弹性体的作用不仅是对外力产生一个反作用力，还会产生一个应变场，这有助于电阻应变片更好的完成转换任务。其中的检测电路大多采用惠斯登电路，目的是将之前的电阻应变片的阻值的改变转换成与之对应的电压信号，从而通过力、应变、电阻的变化、电压信号的变化这四个环节，将受力变为电压信号输出。