Применение тензорезисторов

При измерении упругих деформаций наклеиваемый тензорезистор располагается на детали в направлении главной (измеряемой) деформации. В пределах упругих деформаций тензорезисторы характеризует небольшое относительное изменение сопротивления. Небольшие приращения сопротивлений тензорезисторов необходимо преобразовать в большие относительные изменения выходных электрических величин. Чаще всего измерительной цепью является делитель напряжения либо мостовая цепь.

 

Рисунок 3.11  Измерительная схема тензорезистора с использованием делителя напряжения

Делитель напряжения с питанием постоянным током (рисунок 3.11) применяют лишь в том случае, когда интересуются только переменной состовляющей измеряемой величины, при этом постоянная состовляющая падения напряжения на сопротивлении Rп тензопреобразователя, в сотни раз превышающая переменную состовляющей, отфильтровывается разделительным конденсатором С. Во всех других случаях в качестве измерительной цепи используется цепь моста, питаемого постоянным или переменным током.

Рисунок 5

Высокую точность измерения могут обеспечить методы сравнения: нулевой и дифференциальный. Оба метода реализуются в одной схеме включения – мостовой. Нулевому методу соответствует равновесный режим работы моста, дифференциальному – неравновесный.

Рисунок 3.12 Мостовая измерительная схема тензодатчика

 

Схема простейшего моста содержит R1, R2, R3, R4 – резисторы отдельных плеч моста; источник питания U, характеризуемый внутренним сопротивлением Ri; электронный вольтметр V. Источник питания подключён к так называемой диагонали питания, вольтметр – измерительной диагонали.

Тензорезистор, воспринимающий деформации, включают в одно из плеч. Состояние моста характеризует напряжение на измерительной диагонали. Напряжение между точками а и б

                                                    

В исходном состоянии мост уравновешен. Положив Uоб=0, получим условие равновесия моста 

Под действием деформации сопротивление тензометра изменяется, что можно представить как приращение резистора.

Чувствительность мостовой схемы в неравновесном режиме оценивается отношением         

                       ,                                

где R1=R и R2=nR. Из этого выражения следует, что чувствительность неравновесного моста не зависит от величин и соотношения между сопротивлениями R3 и R4, а значит и от того выполнено условие равновесия или нет. Под действием деформации сопротивление активного тензометра R1 изменяется на величину ∆R, мост разбалансирован и на измерительной диагонали появляется напряжение разбалланса. Для равновесного режима характерно то, что мост приводится в состояние равновесия изменением величины сопротивления одного из соседних плеч, например приращением резистора R2 на величину ∆R2. Для этого в соседнее плечо включают образцовую регулируемую меру сопротивления. Условие равновесия с учётом изменения R1 на ∆R1, и R2 на ∆R2 выражено соотношением.

                                                     

Отношение R3/R4 называют отношением плеч моста. По своей сути это масштабный коэффициент. Процесс уравновешивания может выполнятся оператором (ручное уравновешивание) или автоматически в замкнутых структурах.

Для равновесного режима использования моста характерны:

· отсутствие требований к стабильности питания моста;

· требование высокой чувствительности прибора, включаемого в измерительную диагональ;

· высокая точность измерения, в основном определяемая точностью образцовой регулируемой меры;

· линейность преобразования.

К недостаткам следует отнести: низкое быстродействие, относительно высокую сложность автоматических устройств уравновешивания.

На точность измерения деформаций и напряжений тензорезисторами большое влияние оказывает изменение температуры. Однако мостовая цепь позволяет довольно легко исключить температурные погрешности. С этой целью в соседнее с датчиком плечо моста включается второй тензорезистор, также расположенный на детали, но в таком направлении, что измеряемая деформация не изменяет его сопротивления. В некоторых случаях преобразователи можно разместить на детали так, что они будут находиться при одинаковой температуре, но испытывать деформации разного знака. При этом наряду с термокомпенсацией в два раза повышается чувствительность преобразования.

 

   

 

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться: