上海第二工业大学本科毕业设计（论文）
动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。
控制指令脉冲发生控制单元功率驱动单元步进电机反馈与保护单元图2-5 步进电机控制系统功能框图
步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图2-5所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。
将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法，称为细分驱动，细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的，与电机本身无关。其原理是，让定子通电相电流并不一次升到位，而断电相电流并不一次降为0（绕组电流波形不再是近似方波，而是N级近似阶梯波），则定子绕组电流所产生的磁场合力，会使转子有N个新的平衡位置（形成N个步距角）。
图2-6 实验中使用的步进电机驱动器
7
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2.3温度传感器
图2-7 实验中所使用的温度传感器
温度是过程检测与控制中的重要参量,在要求对温度进行精确测量和控制的条件下,铂热电阻是一种应用广泛的温度传感器,具有体积小、准确度高、测温范围宽、稳定性好、正的温度系数等特点,但它同时也存在非线性的缺点,因此在利用铂热电阻进行精确温度测量时,除要克服测量电路自身的噪声干扰外,还要对铂热电阻的非线性进行矫正。
铂电阻的物理特性。在氧化性介质中，甚至在高温下，铂的物理、化学性质很稳定；但在还原性介质中，特别是在高温下，很容易被氧化中还原成金属蒸汽所玷污，以至使铂丝变脆，并改变电阻与温度的关系，另外，铂是贵金属，价格较贵。尽管如此，从对热电阻的要求来衡量，铂在极大程度上能满足要求，所以它是制造基准热电阻，标注热电阻和工业用热电阻的最好材料，至于它的缺点，可以用保护套管设法避免或减轻。
铂电阻与温度的关系可以用下式表示：
（3）
式中:
(?)Rt——温度为t℃时铂电阻的电阻值
(?)R0——温度为0℃时铂电阻的电阻值
8
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A——常数 A?3.96847?10?3(1/?C) B??5.847?10(1/C)B——常数
?7?C??4.22?10(1/C) C——常数
表2-1 铂电阻分度表（Pt100）
?12?温度℃0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430
0100.00103.90107.79111.67115.54119.40123.24127.07130.89134.70138.50142.29146.06149.82153.58157.31161.04164.76168.46172.16175.84179.51183.17186.82190.45194.07197.69201.29204.88208.45212.02215.57219.12222.65226.17229.67233.17236.65240.13243.59247.04250.48253.90257.32100.001100.39104.29108.18112.06115.93119.78123.62127.45131.27135.08138.88142.66146.44150.20153.95157.69161.42165.13168.83172.53176.21179.88183.53187.18190.81194.44198.05201.65205.23208.81212.37215.93219.47223.00226.52230.02233.52237.00240.47243.93247.38250.82254.24257.66100.392100.78104.68108.57112.45116.31120.16124.01127.84131.66135.46139.26143.04146.81150.57154.32158.06161.79165.50169.20172.90176.57180.24183.90187.54191.18194.80198.41202.01205.59209.17212.73216.28219.82223.35226.87230.37233.87237.35240.82244.28247.73251.16254.59258.00100.783101.17105.07108.96112.83116.70120.55124.39128.22132.04135.84139.64143.42147.19150.95154.70158.43162.16165.87169.57173.26176.94180.61184.26187.91191.54195.16198.77202.36205.95209.52213.09216.64220.18223.70227.22230.72234.22237.70241.17244.62248.07251.50254.93258.34101.174101.56105.46109.35113.22117.08120.93124.77128.60132.42136.22140.02143.80147.57151.33155.07158.81162.53166.24169.94173.63177.31180.97184.63188.27191.90195.52199.13202.72206.31209.88213.44216.99220.53224.06227.57231.07234.56238.04241.51244.97248.41251.85255.27258.68101.565101.95105.85109.73113.61117.47121.32125.16128.98132.80136.60140.39144.17147.94151.70155.45159.18162.90166.61170.31174.00177.68181.34184.99188.63192.26195.88199.49203.08206.67210.24213.80217.35220.88224.41227.92231.42234.91238.39241.86245.31248.76252.19255.61259.02101.956102.34106.24110.12113.99117.85121.70125.54129.37133.18136.98140.77144.55148.32152.08155.82159.55163.27166.98170.68174.37178.04181.71185.36189.00192.63196.24199.85203.44207.02210.59214.15217.70221.24224.76228.27231.77235.26238.74242.20245.66249.10252.53255.95259.36102.347102.73106.63110.51114.38118.24122.09125.92129.75133.56137.36141.15144.93148.70152.45156.19159.93163.65167.35171.05174.74178.41182.07185.72189.36192.99196.60200.21203.80207.38210.95214.51218.05221.59225.11228.62232.12235.61239.09242.55246.00249.45252.88256.29259.70102.738103.12107.02110.90114.77118.62122.47126.31130.13133.94137.74141.53145.31149.07152.83156.57160.30164.02167.72171.42175.10178.78182.44186.09189.72193.35196.96200.57204.16207.74211.31214.86218.41221.94225.46228.97232.47235.96239.43242.90246.35249.79253.22256.63260.04103.129103.51107.40111.28115.15119.01122.86126.69130.51134.32138.12141.91145.68149.45153.20156.94160.67164.39168.09171.79175.47179.14182.80186.45190.09193.71197.33200.93204.52208.10211.66215.22218.76222.29225.81229.32232.82236.31239.78243.24246.69250.13253.56256.98260.38103.51电阻值（Ω） 9
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2.4压力传感器
（1）电阻应变式传感器
图2-8 双孔悬臂梁电阻应变式压力传感器
电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。
当被测物理量作用在弹性元件上时, 弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化, 通过转换电路将其转变成电量输出, 电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。
2）电阻应变式传感器的工作原理
导体或半导体材料在受到外界力（拉力或压力）作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为“应变效应”。
导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单，因为导体或半导体
?.L的电阻R = 与电阻率及其几何尺寸（其中L为长度，S为截面积）有关，
S当导体或半导体受到外力作用时，这三者都会发生变化，从而引起电阻的变化。因此通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。
设有一圆形截面的金属丝，长度为l，截面积为S，材料的电阻率为，这段金属线的电阻值R为
ll（4） ??2Sπrr为金属丝的半径，当金属丝受拉力作用时，其长度l，截面积S（），电阻
R??率的相应变化为dl，dS，d，因而引起电阻变化dR。
对上式全微分可得:
dR??Sdl??lS2dS?ld?S （5）
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?以R除左式， 除右式，得电阻相对变化量:
lS
dRdldrd???2?（6） Rlr?d?dldr式中， ??x为金属丝的轴向应变； ??y为金属丝的径向应变； 为电阻
?lr率的相对变化量。
轴向应变和径向应变的关系可表示为：
?y????x式中：? ———金属材料的泊松系数。 综合以上两式可得:
dRd??(1?2?)?x?R?（7）
（8）
令:
Ks?dR/R?x?(1?2?)?d?/??x （9）
Ks称为金属丝的灵敏系数，表示金属丝产生单位应变时，电阻相对变化的大小。显然，Ks越大，单位应变引起的电阻相对变化越大，故越灵敏。
通常采用电桥电路来将电阻的变化转换成电压的变化，图9是一个单臂桥电路，R1、R2、R3为固定电阻，R4为电阻应变片，U为加载在电桥上的电源电压，我们考虑它不变，U0为输出电压。分析一下U0与R4的关系。
R1
R2
U
R3
U0
R4
图2-9 单臂桥电路
通过简单计算可以得出：
11
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