《检测理论及其应用》课程设计报告应变式力传感器的设计及应用-学位论文

《检测理论及其应用》课程设计报告单位：自动化学院学生姓名：万志超专业：测控技术与仪器班级：0821301学号：2013212294指导老师：李锐成绩：设计时间：2015年11月重庆邮电大学自动化学院制

一、题目：应变式力传感器的设计及应用二、指导教师：李锐（电话三、设计目标及技术要求用应变片来构成测力传感器在桥梁、建筑物、机械系统等结构工程领域有广泛的应用需求。根据某类检测对象（如振动隔离支座）的结构特点，分析其材料、结构特性和受力特点，选用合适的应变片型号，进行受力计算分析和测量信号分析后，设计应变式力传感器，能设计其测量电路并构成测力系统，对测试的信号进行分析、评价。详细说明应变式力传感器的设计过程、测力系统的工作原理。四、给定仿真或实验条件电路仿真软件对测力电路进行仿真计算优化，能够在一定的外加载荷（如低频低振幅激励力）下测试该传感器的特性。五、具体设计过程要求1.确定总体方案：根据设计目标及技术要求完成总体方案设计，包括材料选取、硬件选型及电路器件选型等。2.详细方案设计：根据所设计的总体方案，根据信号采集原理和硬件选型，设计合理的信号处理电路及软件。3.传感器的实验：力争完成在外加载荷（如低频低振幅激励力）下传感器的特性测试。六、仿真、实验结果分析要求等基于实验测试结果，完成对所制作的传感器及设计的检测系统的信号处理和综合评价。七、设计的心得体会要求心得体会部分应反映参与者在本次课程设计中的不同体会。目录1、对设计对象进行概述52、方案的选择52.1方案的制定62.2方案的确定73、材料的选择103.1弹性元件103.1.1弹性元件材料103.1.2弹性元件的参数计算113.2应变片的选择113.2.1电阻应变片类型的选择113.2.2应变片的材料12 3.2.3应变片主要参数143.2.4应变片的原理153.2.5应变片的确定164、单元电路设计与分析174.2放大电路的确定184.3proteus电路图205、仿真及电路测试225.1proteus电路仿真测试图225.2仿真结果分析23误差来源分析246.1电阻应变片的温度误差246.2电阻应变片温度误差补偿方法256.3电桥的非线性误差267、心得体会268、附件278.1参考资料278.2电路keil程序278.3A/D转换芯片ADC0832311、对设计对象进行概述随着科学技术的迅猛发展，当今时代，传感器技术已形成为电子工业基础产品的一个独立门类，是信息社会的重要技术基础。传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。本组的设计是一套传感器系统，大致分为四个模块：信号收集模块、测量模块、放大模块和显示模块，测量电路为单臂电桥电路，放大模块我们使用的是AD620差分放大器，显示模块是基于单片机的LED数码管输出。由USB接口为显示电路模块提供稳定的5v电压，由普通的5号电池为测量模块、放大模块提供电源信号。确定电桥电路确定材料外力（测试信号）确定电桥电路确定材料外力（测试信号）应变片特性与原理显示电路仿真与电路分析放大（滤波）电路显示电路仿真与电路分析放大（滤波）电路设计总结设计总结误差分析2、方案的选择此次传感器课程设计选用压力应变式传感器，设计中只要把应变片贴在承受负载的弹性元件上，在外力作用下，电阻应变片产生应变，导致应变片的电阻值发生相应变化，通过应变片电阻大小的变化求得弹性元件的应变力大小，故可以通过选择不同的弹性元件和测量电路提出不同的测量方案。2.1方案的制定根据弹性体的结构形式的不同可分为：轮辐式，梁式，环式，柱式等，在测拉力上主要是用到梁式式传感器，如图2-1所示。图中R1是电阻应变片，将其粘贴在橡皮的一端，另一端受到外力F的作用，橡皮各断面产生的盈利是相等的，表面上的应变也是相等的，与水平方向的贴片位置是无关的。外力将导致橡皮发生形变,，该形变将传递给与之连的应变片，导致应变片产生相同的形变，从而使其电阻值发生变化。将该电阻应变片接入测量电桥，根据电桥输出电压的变化即可实现对外力的测量与评估。 R1 R1（a）（b）图2-1悬臂梁式力传感器（a）俯视图（b）正视图应变片将应变的变化通过公式转换成电阻相对变化∆R/R,需要采用特别设计的测量电路将电阻变化以电压形式输出，通常采用直流电桥，包括直流电桥电路、等臂半桥差动电路和全桥差动电路。如下图2-2所示R1R2+RLUOR3R4-Ec直流电桥图2-2电桥电路2.2方案的确定实心长方体可以承受较大的负荷，在弹性范围内，则应力与应变成正比关系。式中：F——作用在弹性元件上的集中力；A——实心长方体俯视面横截面积；——实心长方体的应力E——实心长方体的弹性模量——应变片轴向应变（1）直流电桥电路一般直流电桥的输出电压为（2-1）进行实验前，需要将电桥调零，电桥平衡的条件是,但在实际上，4个理论电阻值的电阻的实际值不一定完全相等，需要用滑动变阻器器进行电桥平衡调零。电桥平衡时，，即电桥无输出电压，则有（2-2）即相邻两臂电阻的比值相等。应变片在外力作用下，电桥不平衡的输出电压为（2-3）设桥臂比为，由于<<R1，因此分母中的可忽略，结合电桥平衡条件（2-2）可将（2-3）化简为（2-4）定义电桥的电压灵敏度为（2-5）电压灵敏度越大，说明应变片电阻相对变化相同的情况下，电桥输出电压越大，电桥越灵敏。电桥灵敏度越高，实验产生的误差越小，更有利于实验的结果的准确输出。单臂电路存在一定的非线性误差，在实际情况下，电压的输出值是（2-6）非线性误差为（2-7）如果是四等臂电桥，n=1，则（2-6）可化简为（2-8）不同的应变片，具有不同的灵敏度系数K，根据，可以求得不同的非线性误差，橡皮应变片灵敏度系，则，代入式（2-8）可求得非线性误差约为0.04%，在本次实验中，由于实验的要求，该线性误差可忽略不计。（2）半桥差动电路在等臂半桥差动电路中，（2-9）假设初始值，橡皮受到向下的拉力或压力时，根据应变片的性质，橡皮上方的应变片受拉，电阻增大，下方应变片受压，电阻减小，大小相同，方向相反，即是，代入式（2-6），可化简为电桥的输出电压为（2-10）可见呈线性关系，即半桥差动无非线性误差，且电压灵敏度比单臂应变片工作时提高了一倍，即为（2-11）（3）全桥电路与半桥电路相同的原理，在全桥电路中，根据式（2-1），此时电压输出为（2-12）在外力作用前，，受力后，整理式（2-10）得到，（2-13）可见，全桥差动电路不仅没有非线性误差，且电压灵敏度是单臂应变片工作时的4倍，即为（2-14）综上所述，虽然全桥电路不仅没有非线性误差，且电压灵敏度是单臂应变片工作的4倍，是半桥电路的2倍。直流电桥电路是三种电路中灵敏度较低的电路，也存在以一定的非线性误差，但根据所的选弹性材橡皮，通过一系列参数带入上述公式计算估计，非线性误差对该实验影响较小，约等于0.04%，且应变片电阻相对变化较小，满足实验要求根据设计的实验，提供一定的压力测试信号，通过电路，使其在显示电路显示一定作用力下的电压变化，从而通过电压变化实现对外力F的计算，而且综合实验成本与复杂性，故选择直流电桥电路作为本次实验的测量电路。在实际电路中，为了同时显示电压输出值和应变片受力大小，在直流电桥调零的情况下，应变片电阻减小，输出电压为负，LED显示管不能显示负值，所以在调节平衡时将输出值固定为常值1V。3、材料的选择3.1弹性元件弹性敏感元件在传感器技术中占有极为重要的地位。在传感器工作过程中，一般是由弹性敏感元件首先把各种形式的非电物理量变换成应变量或位移量等，然后配合各种形式的转换元件，把非电量转换成电量。所以在传感器中弹性元件是应用最广泛的元件。3.1.1弹性元件材料为了选择合适的弹性材料，经查阅资料，弹性材料应满足以下条件：1、强度高，弹性极限高；2、具有高的冲击韧性和疲劳极限；3、弹性模量温度系数小而稳定；4、热处理后应有均匀稳定的组织，且各向同性；5、热膨胀系数小；6、具有良好的机械加工和热处理性能；7、具有高的抗氧化、抗腐蚀性能；8、弹性滞后应尽量小。生活中常见材料的弹性模量、泊松比如表3.1.1所示。表3.1.1常见材料的弹性模量、泊松比材料弹性模量（N/m2）泊松比材料弹性模量（N/m2）泊松比钢0.29聚乙烯0.38铜0.36有机玻璃0.33蚕丝石英玻璃0.14橡皮0.5橡胶0.49经讨论研究，根据实际情况以及从制作成本和材料获取难易程度上考虑，本次课程设计选用生活中常见的长方体形橡皮擦作为弹性元件。橡皮擦还需要一定的长度与高度要求，经与学校内所有橡皮比较，选用长度为7cm，高0.9cm，宽2.53cm，长度适中，柔软程度良好，经测试，满足实验必需条件，测试效果良好。3.1.2弹性元件的参数计算由3.1.1知本次课程设计采用的是橡皮，查表得E=K=2.083.2应变片的选择3.2.1电阻应变片类型的选择电阻应变片主要分为电阻丝式应变片、金属箔式应变片和金属薄膜应变片。由于电阻丝式应变片有横向效应对测量的精度有影响，使灵敏度降低，而且耐疲劳性能不高。金属薄膜应变片尚难控制电阻与温度的变化关系，不常用。故选用金属箔式应变片。

箔式应变片的主要优点：(1)本身性能稳定，受温度变化的影响小，在-30—+350度范围内稳定工作；(2)散热条件较好；（3）在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好；(4)适用于各种弹性体材料及弹性结构形式，粘贴操作简便；(5)价格便宜；(a)单轴的(b)测扭矩的(c)多轴的(应变花)图3.2.1各种金属箔式应变片3.2.2应变片的材料电阻应变片简称应变片。它由四个部分组成。第一是电阻丝（敏感栅），它是应变计的转换元件。第二是基底和面胶（或覆盖层）。基底是将长肝气弹性体表面的应变传递到电阻丝栅上的中间介质，并起到电阻丝与弹性体之间的绝缘作用，面胶起着保护电阻丝的作用。第三是粘合剂，它将电阻丝与基底粘贴在一起。第四是引出线，它作为联结测量导线之用。(1)材料的选用原则应变片敏感栅合金材料的选择对制作应变片性能的好坏起着决定性的作用，因此对制作应变片所用的应变电阻合金有以下的要求：a有较高的灵敏系数；b电阻率高；c电阻温度系数小，具有足够的热稳定性；d机械强度高，压碾或拉伸性能好，高温时耐氧化性能要好，耐腐蚀性能强；e与其它金属接触的热电势小；f与引出线焊接容易。(2)常用的应变片材料目前国内还没有一种金属材料能满足上述全部要求，因此在选用时，只能给予综合考虑，常用的有康铜、镍铬、卡玛合金、镍铬硅锰等合金。其各自性能分别如下表所示：表3.2.2常用的应变片材料由表可知：电阻温度系数较小而且稳定，同时它的Ks对应变值的稳定性非常高，不但在变形的弹性范围Ks持为常数，在进入塑性范围后，亦基本保持为常数。所以本课程设计采用是材料为康铜的应变片。（3）基底、引线材料和粘合剂基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。基底材料有纸基和胶基。胶基由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等制成胶膜，厚度约0.03～0.05mm，本次设计采用胶基；引线材料是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线；黏合剂材料用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。本次设计采用有机粘结剂。3.2.3应变片主要参数一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜（15-16μm）上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅（3-6μm），然后再覆盖上一层薄膜做成迭层构造。如图3.2.3所示，应变片由五部分组成：敏感栅、基底、覆盖层、粘合剂及引出线。图3.2.3应变片结构图应变片主要特点：部分应变片具有自补偿功能，不需要补偿片，自身就能抑制应变温度漂移的功能。

2、产品品种多、可以给客户在不同的测量场合，提供完善应变测量选择，主要有：普通、低温、高温、超高温防水、复合材料、混凝土、焊接式、焊接防水、半导体、测残余应力、等非常完善的产品规格和型号。

3、测量温度范围广：-269℃-800℃

4、产品稳定性好、长时间测量，产品测量结果稳定。

5、产品的测量形状多样，可以测量多种力学信号，如：测量扭矩、剪切应力、集中应力、等等。3.2.4应变片的原理金属电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。箔式电阻应变片是一种基于应变——电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。即：（3-1）（3-2）（3-3）式中：F——作用在弹性元件上的外力；A——受力横棉面积；——应力大小；——轴向应变；E——被测试件的材料弹性模量；K——电阻丝的灵敏度系数（常量，由应变片的生产厂家提供）；R——应变片原电阻值Ω（欧姆）；ΔR——伸长或压缩所引起的电阻变化Ω（欧姆）；不同的金属材料有不同的比例常数K。铜铬合金的K值约为2。这样应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。3.2.5应变片的确定箔式应变片的敏感栅是用厚度为0.002-0.005mm的铜镍合金或者镍铬合金的金属箔，采用光刻腐蚀等技术制成。基底是在另一头涂上树脂胶，经加温聚合而成，厚度一般为0.03-0.05mm。丝式应变片有横向作用对测量精度有影响，灵敏度降低，耐疲劳性能不高；薄膜式应变片难以控制点组合温度的变化关系，不常用，而箔式本身性能稳定，散热条件良好，长时蠕变小，适用于弹性结构形式，粘贴也很容易，最重要的是价格便宜，故我们选用BX120-20AA型号的箔式应变片。BX120-20AA参数如表3.2.4所示。由于选择的弹性体——橡皮，长度较长，应选择长度适中的应变片，有利于当外力作用于在橡皮的一端时，橡皮的形变能最大地引起应变片的形变，使电压输出值变化较明显。选用应变片参数如表3.2.4：表3.2.4BX120-20AA参数表型号敏感栅尺寸(宽×长)mm×mm材料阻值灵敏度BX120-20AA5×25箔式120±0.1Ω2.08±1%图3.2.4应变片BX120-20AA4、单元电路设计与分析4.1设计软件选择Protues与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况，也能仿真单片机CPU的工作情况。因此在仿真和程序调试时，是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。从某种意义上讲Proteus仿真，基本接近与工程应用。考虑到对软件的熟练度，本次实验选择使用仿真软件选择Protues。Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译调试环节Keil

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uVision2、MPLAB等软件。4.2放大电路的确定依照课程设计中的方案可知，来自传感器的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压）。一般采用差动输入集成运算放大器来抑制它，若采用低漂移运算放大器构成的三运放高共模抑制比放大电路。具体的电路如图4.2.1所示图4.2.1三运放高共模抑制比放大电路它由三个集成运算放大器组成，要实现共模抑制必须要求外接电阻完全平衡对称，运算放大器才具有理想特性。否则，放大器将有共模误差输出，其大小既与外接电阻对称精度有关，又与运算放大器本身的共模抑制能力有关。这样的放大电路不易实现而且误差很大。然而AD620仪表放大电路则无上述的缺点。如图4.2.2所示，AD620仪表放大电路是由三个放大器所共同组成，其中的电阻R与Rx需在放大器的电阻适用范围內(1kΩ~10kΩ)。固定的电阻R，我们可以调整Rx來调整放大的增益值，其关系如下：

（4-1）图4.2.2AD620仪表放大电路示意图AD620仪表放大器的引脚图如图4.2.3所示。其中1、8引脚要跨接一个电阻来调整放大倍率，4、7引脚需提供正负相等的工作电压，由2、3引脚输入的电压即可从引脚6输出放大后的电压值。引脚5是参考基准，如果接地则引脚6的输出即为与地之间的相对电压。AD620的放大增益关系式如式（4-2）、式（4-3）所示，通过以上二式可推算出各种增益所要使用的电阻值RG。图4.2.3AD620引脚图该放大器的增益为（4-2）由（1-19）转换得到1、8引脚之间相连的电阻为（4-3）4.3proteus电路图Proteus电路主要器件由芯片ADC0832、共阳极4位半导体数码管LED和74HC573组成。图4.3.1proteus直流电桥电桥及放大部分电路仿真图4.3.2proteus数字显示部分电路仿真图ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832具有以下特点：1、8位分辨率；2、双通道A/D转换；3、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；4、5V电源供电时输入电压在0~5V之间；5、工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；6、一般功耗仅为15mW；7、8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；8、商用级芯片温宽为0°Cto+70°C，工业级芯片温宽为−40°C~+85°C。5、仿真及电路测试5.1proteus电路仿真测试图因为实验结果不能显示负值，所以在电路中利用滑动变阻器进行平衡调节时，使电压输出不为零，而是使其为固定的电压值，通过对应变片的电阻变化的操作，使电压输出在该固定值上下变化，有利于更好观测与计算电压的变化。我们将直流电桥初值定为1.0V，这时应变片受力为0N。图5.1.1应变片未受力电阻不变时输出电压和应变片受力大小图5.1.2应变片受力电阻变小时电压输出和应变片受力大小图5.1.3应变片受力电阻变小时电压输出和应变片受力大小5.2仿真结果分析图中以滑动变阻器代替应变片，通过改变滑动变阻器的阻值使电压输出变化。由于电桥点路输出电压：（5-1）将R1=R2,n=1,E=3V代入（5-1）得：（5-2）又通过放大电路AD620放大，AD620放大倍数为（5-3）将代入（5-3）得（5-4）通过AD620放大得：（5-5）由弹性元件参数计算：（5-6）将，K=2.08,代入（5-6）得（5-7）将（5-7）与（5-5）联立可得（5-8）由于应变片电阻变化变化最大值为，则，。由于应变片电阻变化范围很小，则直流电桥输出电压变化很小，为了精确的调节输出电压初值以方便显示，将应变片未受力电压输出初值定为1V。在proteus中我将应变片电阻分为几个范围为几欧姆的滑动变阻器以方便调节。6、误差来源分析用应变片测量时，由于环境温度所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同数量级，从而产生很大的测量误差。根据《传感器与检测技术》教材相关内容可知，造成应变片温度误差的原因主要有两个：应变片的电阻丝具有一定温度系数；电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。6.1电阻应变片的温度误差我们假设构件温度变化为Δt（℃）时，粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为α，则产生的电阻相对变化为：（6-1）由于上述两者的线膨胀系数不同，当Δt存在时，引起应变片的附加应变，相应电阻相对变化为（6-2）其中，K为应变片灵敏系数；βg为试件线膨胀系数；βs为应变片敏感栅材料线膨胀系数。因此由于温度变化引起的总电阻相对变化为：（6-3）6.2电阻应变片温度误差补偿方法最常用、最有效的电阻应变片温度误差补偿方法是电桥补偿法，其原理图如下图6.1所示图6.1电阻应变片温度误差电桥补偿法原理图根据电路分析，可知电桥输出电压与桥臂参数的关系为：（6-4）根据式（6-1），当为常数时，对电桥输出电压的作用效果相反。电桥补偿法正是利用了这一基本关系实现了对测试结果的补偿。测量方法：将工作应变片粘贴在测试件表面上，补偿应变片粘贴在被测试件材料完全相同的补偿块上，且只有工作应变片承受应变，如图（3-4b）所示。6.3电桥的非线性误差实际电桥电压与应变片的电阻相对变化为非线性关系，如式（6-5）所示，当电阻变化量很小至可以忽略不计，或则远小于1时，电桥电压与电阻相对变化可以认为是线性的。（6-5）7、心得体会我感觉课程设计和以往我所选修的实践实验课程相比较，课程设计更加考验学生综合运用所学知识的能力。与以往的实验课程老师将实验的每一步都讲解的清清楚楚不同，在课程设计中我需要和我的小组成员一起发现、提出、分析和解决问题，这就更加考验我们的自我学习能力。课程设计与实验课程最大的区别在于：实验课程的出发点是传授学生实验原理方面的知识和培养一定的动手能力，而课程设计的出发点是满足提出的要求，设计出贴近实际的产品，这更贴近你走上工作岗位所要完成的工作，可以让你提前感受适应未来可能的工作。回顾这次课程设计，我感慨真的很多。从老师宣布要进行课程设计到寻找小组成员组队，从选题到定稿，从理论到实践，在这些日子里，可以说是苦多于甜，更是出现了很多问题，但是当你发现一些问题并通过团队的努力合作解决这些问题给你带来的快感和成就感是我以前没有感受到的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际是存在很大的差距的。就比如我在这次课程设计主要任务是设计电路和仿真，当我在proteus和keil上仿真成功后我以为这个设计已经完成一大半了，但事实上我错的很彻底，实际电路的完成比在电脑仿真程序上困难的多。某些元器件的组合、调试、连接在仿真程序上只需要点几下鼠标就可以，但是在实际电路中我们需要考虑到整个设计的整体布局，实际操作的限制以及其他因素的影响。就我自己在仿真没有结合实际考虑问题，从而导致实际电路连接出现的问题来说。我在设计方案时将应变力式传感器的测量电路设计为灵敏度最高，不存在非线性误差的全桥差动电路。但是在实际电路操作中们发现当四片应变片同时发生形变产生电阻变化时，我们不能保证测量电路输出的电压一直为正值，如果不是正值我们便无法在显示电路中显示。这就导致在最后的操作中我们将测量电路改成了误差最大，灵敏度最低的单臂电桥电路。这是我在电路仿真中没有考虑到的，也导致了这次设计质量的降低。通过这次课程设计让我认识最深的就是理论和实际相结合是特别重要的，只考虑理论上的可行性是远远不够的，如果不把理论知识与实践情况相结合起来，很容易在实际设计完成中出现大问题。这是我第一次做课程设计，在这期间出现了各种各样的问题，同时在设计的过程中我发现了自己的很多不足之处，我一直认为我对以前所学过的知识理解得很好，但是当我自己实际操作中就出现了很多问题，比如说不懂一些元器件的使用方法，对一些特殊电路掌握得不好。在完成这次传感器课程设计后,我们发现我们还有许多不足,所学到的知识还远远不够,以至于还有一些功能不能完成实现。但通过学习这一次实践,增强了我们的动手能力,提高和巩固了传感器方面的知识,特别是电路方面。从中增强了我们的团队合作精神,并让我们认识到把理论应用到实践中去是多么重要。本次课程设计由于是我们第一次独立设计，还有许多地方有不足之处。请老师予以指出并给予指导。8、附件8.1参考资料1、单成祥等，传感器设计基础-课程设计与毕业设计指南，国防工业出版社，20072、刘起议，传感器应用技术与实践，国防工业出版社，20113、胡向东，等编著，传感器与检测技术（第2版），机械工业出版社，20134、《传感器实用装置制作集锦》，陈尔绍主编．人民邮电出版社，2000年5、《传感器工作原理及应用实例》，黄继昌主编．人民邮电出版社，1998年6、《测控电路》，张国雄主编，机械工业出版社．2005年8.2电路keil程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharSmg_Seg[]={0x08,0xbd,0x44,0x24,0x31,0x22,0x02,0x3c,0x00,0x20};//段选控制ucharSmg_Bit[]={0x01,0x02,0x03,0x04};//位选控制//数码管片选sbitSmg_CS0=P0^1;sbitSmg_CS1=P0^2;sbitSmg_CS2=P0^3;sbitSmg_CS3=P0^4;sbitSmg_Pnt=P1^7;//ADC0832接口sbitADC0832_CS=P2^7;//将CS位定义为P2.7引脚sbitADC0832_CLK=P2^2;//将CLK位定义为P2.2引脚sbitADC0832_DIO=P2^4;//将DIO位定义为P2.4引脚/* 延时函数*/voiddelay(unsignedcharms) //延时子程序{ unsignedchari; while(ms--) { for(i=0;i<120;i++); }}/*********************************************************************名称:dRead_ADC0832()*功能:将模拟信号转换成数字信号*输入:Ch-通道选择*输出:dat-转换值*********************************************************************/unsignedcharRead_ADC0832(unsignedcharCh){ unsignedchari,dat;//定义变量 ADC0832_CS=1;//一个转换周期开始 ADC0832_CLK=0;//为第一个脉冲作准备 ADC0832_CS=0;//CS置0，片选有效 ADC0832_DIO=1;//DIO置1，规定的起始信号 ADC0832_CLK=1;//第一个脉冲 ADC0832_CLK=0;//第一个脉冲的下降沿，此前DIO必须是高电平 ADC0832_DIO=1;//DIO置1，通道选择信号 ADC0832_CLK=1;//第二个脉冲，第2、3个脉冲下沉之前，DI必须跟别输入两位数据用于选择通道，这里选通道CH0 ADC0832_CLK=0;//第二个脉冲下降沿 ADC0832_DIO=Ch;//DI置0，选择通道0 ADC0832_CLK=1;//第三个脉冲 ADC0832_CLK=0;//第三个脉冲下降沿 ADC0832_DIO=1;//第三个脉冲下沉之后，输入端DIO失去作用，应置1 ADC0832_CLK=1;//第四个脉冲 for(i=0;i<8;i++)//高位在前 { ADC0832_CLK=1;//第四个脉冲 ADC0832_CLK=0; dat<<=1;//将下面储存的低位数据向右移 dat|=(unsignedchar)ADC0832_DIO; //将输出数据DIO通过或运算储存在dat最低位 } ADC0832_CS=1;//片选无效 returndat; //将读出的数据返回}voidLED_Init(void){ Smg_CS0 =1; Smg_CS1 =1; Smg_CS2 =1; Smg_CS3 =1;}ucharadc_value=0;ucharadc_cnt=0;uintadc_add_value=0;ucharLED_D[2];voidLED_Dis_Value(void){uchar ad_value_temp;ad_value_temp=Read_ADC0832(0);adc_add_value+=ad_value_temp;adc_cnt++;if(adc_cnt>=20){ adc_value=adc_add_value/20;//仿真 LED_D[0]=adc_value/51; LED_D[1]=((adc_value*100)/510)%10; P0=0x00; P1=Smg_Seg[LED_D[1]]; Smg_Pnt=1; P0=0x01; delay(10); P0=0x00; P1=Smg_Seg[LED_D[0]]; Smg_Pnt=0; P0=0x02; delay(10); P0=0x00; if(LED_D[1]>=1) P1=Smg_Seg[LED_D[1]-1]; else P1=Smg_Seg[LED_D[1]]; Smg_Pnt=0; P0=Smg_Bit[3]; delay(10); P0=0x00; if(LED_D[0]>=1) P1=Smg_Seg[LED_D[1]]; elseif(LED_D[0]==0) P1=Smg_Seg[10-LED_D[1]]; Smg_Pnt=0; P0=Smg_Bit[4]; delay(10); adc_cnt=0; adc_add_value=0; }}voidmain(){unsignedchari=0; LED_Init(); while(1) { LED_Dis_Value(); }}8.3A/D转换芯片ADC0832芯片接口说明：·CS_片选使能，低电平芯片使能。·CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。·CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。·GND芯片参考0电位（地）。·DI数据信号输入，选择通道控制。·DO数据信号输出，转换数据输出。·CLK芯片时钟输入。·Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。 设备设计、厂房设计、车间设计年产8580吨维生素C发酵车间设计年产7500吨青霉素原料药工厂发酵车间的设计年产100吨芬布芬原料药车间工艺设计年产6亿片萘普生片剂车间工艺设计年产3亿粒阿莫西林胶囊剂生产车间工艺设计年产2000万支双黄连口服液生产车间工艺设计年产1000万瓶葡萄糖注射液生产车间工艺设计湖北医药学院毕业设计（论文）题目：年产16亿粒贝诺酯片剂生产车间工艺设计学院：药学院专业：制药工程年级：2012级学号：201210062018姓名：刘小兰指导教师：詹利之2016年5月15日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者：(手写)年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：保密□，在_________年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日教师签名：年月日目录TOC\o"1-3"\h\u7245摘要……………1关键词…………1Abstract………1KeyWords……………………2致谢…………2612198参考文献……………………-1-1亿粒/年阿莫西林硬胶囊车间工艺设计学生署名：刘小兰指导老师署名：詹利之湖北医药学院药药护学院摘要阿莫西林胶囊为新型半合成青霉素类药，具有吸收快、血药浓度高、杀菌力强、毒性极低、副作用小以及广泛的抗菌谱，对多种细菌的杀菌作用迅速而强等特点。硬胶囊剂系将一定量的药物加辅料制成均匀的粉末或颗粒，充填与空胶囊中，或将药物粉末直接填充与空胶囊中制成，是目前除片剂之外应用最为广泛的一种固体剂型。装入胶壳的药物可分为粉末、颗粒、微丸、片剂及胶囊，甚至液体或半固体糊状物。硬胶囊的生物利用度高，能够达到速释、缓释或控制释药等多种目的。此外，胶囊生产工艺过程相对简单，且能够弥补其他固体剂型的不足。由于胶壳具有掩味作用，因此能够有效地隔离药物的不良气味。本设计为1亿粒/年阿莫西林硬胶囊车间生产工艺的设计。在GMP的相关规定指导下，根据生产需要，进行物料衡算，完成工艺流程设计，厂房车间的设计，设备平面布置的设计，总平面布置设计，洁净级别设计，人物流走向设计。关键词：阿莫西林硬胶囊剂车间设计StudyOnTheQualityStandardOf100million/yearhardcapsulesamoxicillinProcessDesignWorkshopAbstractAmoxicillinisanewsemi-syntheticpenicillindrugs,withtheabsorptionoffast,highplasmaconcentration,bactericidalability,lowtoxicity,sideeffectsandwideantibacterialspectrum,bactericidalactionofbacteriaonavarietyofquickandstrongfeatures.Departmentofhardcapsuleswillbeacertainamountofdrugpluspercipientsintoahomogeneouspowderorgranules,filledwithemptycapsules,ordirectlytothedrugpowderintocapsulesfilledwithair,isthemostwidelyusedthantabletsoutsideakindsofsoliddosageforms.Drugsintotheplasticshellcanbedividedintopowder,granules,pellets,tabletsandcapsules,liquidorsemi-solidorpaste.Hardcapsulebioavailability,canachieverapidrelease,sustainedreleaseorcontrolledrelease,andotherpurposes.Inaddition,capsuleproductionprocessisrelativelysimple,andcanmakeupforlackofothersoliddosageforms.Theplasticshellwithatastemaskingeffect,sothedrugcaneffectivelyisolatethebadsmell.Thedesignforthe100million/yearhardcapsulesamoxicillinworkshopproductionprocessdesign.TherelevantprovisionsoftheGMPguidance,basedonproductionneeds,thematerialbalance,completetheprocessdesign,plantdesign,equipmentlayoutdesign,generallayoutdesign,clean-leveldesign,logisticstohumandesigns Keywords:amoxicillinhardcapsulesWorkshopDesign年产100吨克拉霉素中间体518-1车间工艺设计摘要：本设计是按年产100吨(2′,4″-O-双三甲基硅烷基)-红霉素A-9-[O-(1-乙氧基-1-甲乙基)]肟(518-1)的量进行的车间工艺设计。该物质是合成克拉霉素的关键中间体。克拉霉素是新一代大环内酯类抗生素，临床应用广泛。本次设计采用的工艺路线为：以硫氰酸红霉素肟为原料、氨水为碱、二氯甲烷为有机溶剂进行游离反应后得到红霉素A肟，然后以红霉素A肟为原料，通过2-乙氧基丙烯进行醚化反应保护肟羟基，再用三甲基氯硅烷进行硅烷化反应，经离心、干燥后得到克拉霉素关键中间体，整个工艺过程总收率可以达到86%。设计内容主要包括车间工艺设计依据、工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、工艺设备选型与计算、车间布置设计、三废处理、劳动保护、安全生产、工程经济等内容。设计所得成果主要有设计说明书和相应的图纸，其中图纸包括反应釜装配图、工艺流程图、设备一览表、车间平面布置图及剖面图。关键词：克拉霉素；518-1中间体；红霉素肟；车间工艺设计年产1.2亿粒复方降脂胶囊剂GMP车间设计摘要复方降脂胶囊为治疗高血脂症的特效新药。设计从科学，合理，可行性的原则出发，主要对年产1.2亿粒复方降脂胶囊剂的总厂布置，工艺流程、厂房车间、设备选型等方面进行了GMP设计。设计中产品的生产工艺简洁，由4个工段组成，分别为前处理工段，提取工段，制剂工段和外包工段。设计的工艺技术在充分运用国内现有技术的同时对某些工艺步骤做了较科学合理的创新，比如制粉工艺选用了超微粉碎技术等。设计选定厂址于甘肃天水市秦州区西坪。设计生产区厂房主要由制剂车间和前处理提取车间组成，制剂车间为一层框架结构，前处理提取车间为两层框架结构。厂区内设置了相应的辅助设施，布置科学合理。同时，设计还在GMP规范基础上对工厂的人员编制，组织机构等当面做了比较合理的设置。本设计严格执行国家GMP规范及相关规定。关键词复方降脂胶囊，工艺，车间，设计GMPprocessdesignofFufangJiangzhipreparationworkshopwithannualoutputof120millioncapsulesAbstractsFufangjiangzhicapsuleisanewproprietaryChinesemedicineswhichhasaspecialeffectforreducingbloodlipid.ThispaperbasedontheprincipleofScientificalnes,rationality,feasibilityisonprocess,workshopapplianceetc.It’sproductivetechnologyisveryconcise,whichismadeupof4Projectstageincludingthetreatmentfortheearlierstage,thestageforextractingandseparationis,thestageforpreparationandthestageforoutsidecasing.ThispapernotonlymadegooduseoftheavailabletechnologyinchinatodaybutalsodidsomefoaknecessarysuchastheAMDtechnology.AccordingtherequestofGMPstandard,thefactorysiteofthedesignislocatedinthecityofTianShui,GanSuprovince.Theworkshopbuildingforproducingismainlymadeupof2sections:theworkshopforthetreatmentoftheearlierstageandtheworkshopforpreparationsectionofconstructionproject.Thefactoryofthisdesignhasauxiliaryfacilitiesallinreadinessandit’sarrangementisrationalaswellasscientifical.bloodlipid.ThispaperbasedontheprincipleofKeywordsFufangJiangzhi,,process,Workshop,Design年产1000万支10ml糖浆剂生产车间工艺设计第一章概述 11.1糖浆剂介绍 11.1.1糖浆剂的特点 11.1.2糖浆剂剂的分类 11.1.3糖浆剂的规格和质量 21.1.4糖浆剂在制备与贮藏过程中易出现的问题 21.2磷酸可待因糖浆简介 3第二章处方设计及工艺 42.1磷酸可待因糖浆处方设计 42.1.1处方 42.1.2辅料的选择原则 4第三章工艺流程 43.1设计概述 43.1.1课题名称 43.1.2设计依据 53.1.3设计内容 53.1.4设计原则 53.2工艺流程介绍 53.2.1生产用水的制备、贮存和输送 83.2.2纯水（蒸馏水、去离子水）制备 93.2.3西林瓶的清洗 103.2.4包装 10第四章物料衡算 114.1物料衡算的基础 114.2物料衡算的基准 114.3物料衡算的条件 114.4原辅料的物料衡算 12第五章设备的选型 125.1．工艺设备的设计与选型 125.1.1生产设备选型的说明 125.1.2工艺设备设计与选型的步骤 135.2主要设备选型 145.2.1工艺设备选型一览表 145.2.2配液机组 155.2.3西林瓶洗、灌、封联动机组 155.3西林瓶水浴灭菌器 165.4灯检机 165.5西林瓶印字包装联动机 175.6工艺用水设备 17第六章药品生产企业厂房和车间的设计与要求 186.1厂房的总体要求 186.2特殊房间的设计要求 196.3车间设计说明 206.3.1糖浆剂车间在厂区中的位置 206.3.2糖浆剂车间的净化区域划分 21年产16亿粒贝诺酯片剂生产车间工艺设计概述………………11.1片剂介绍…………11.2贝诺酯片介绍……4第二章处方设计及工艺设计………………72.1贝诺酯处方设计……72.2工艺过程……………12第三章工艺流程………93.1设计概述…………93.2工艺流程介绍…………10第四章物料衡算……………144.1物料衡算的基础………………144.2物料衡算的基准…………………144.3物料衡算条件……144.4物料衡算的范围………………154.5原辅料的物料衡算………154.6包装材料的消耗…………………17第五章设备的选型………………185.1．工艺设备的设计与选型………185.2粉碎筛分设备……………185.3混合，制粒设备………………225.4整粒、总混设备……………255.5压片……………265.6包装……………2年产100吨克拉霉素中间体518-1车间工艺设计第1章概述 21.1设计依据 21.1.1设计的目的 21.1.2设计遵循的技术法规 2HYPERLINK