evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Если реастатный преобразователь имеет пропорциональную функцию преобразования Н = (к /1)т, то напряжение У„пропорционально перемеп1ению движка (4.54) С'„= (Щх. 12В (4.55) Для анализа цепи, в которой сопротивление нагрузки К„соизмеримо с номинальным сопротивлением преобразователя К, используем теорему об активном двухполюснике. Для определения тока в некотором сопротивлении К„исследуемую цепь можно представить в качестве активного двухполюсннка, имеющего внутреннее сопротивление Кг и напряжение холостого хода Ц, (рис. 4.9, б).
К зажимам двухполюсника подключено сопротивление К„. Напряжение на нагрузке х н/( 1 н)' (456) При этом напряжение У определяется выражением (4.54), а напрях жение на нагрузке и„= ПК//К,(1 + К,/К„)). Из рис. 4.9, а следует К,.
= К(К вЂ” К)/[К + (К вЂ” К)) = К(К вЂ” К)/К . Подставив (4.58) в (4.57), получим в /( ( ( )/( а))) (457) (4.58) (4.59) = Ж(1 + аб(1 — /3)), ЬУ = ӄ— (l„. (4. бО) П у и„=/1ии а мальное напряжение на нагрузке равно П, то приведенная погреш- ность Рис. 4.10 $-6016 где /3 = К/К вЂ” относительное изменение сопротивления преобразователя; и = Кр /Кя — коэффициент нагрузки. Зависимость Ц, от /3 для различных а приведена на рис. 4.10. Если а столь мало, что а/3 < 1 (режим холостого хода), то Ц изменяется пропорционально /3. При увеличении коэффициента нагрузки а зависимость становится нелинейной, причем нелинейность возрастает с увеличением а.
Если в качестве номинальной Функции преобразования приняп 14 зависимость (4.54), представлен- 0 ную прямой 1 на рис. 4.11, а, то абсолютная погрешность вследствие нелинейности (4.61) При а < 0,1 погрешность максимальна при В = 2/3. В зтом случае (4.62) т1, я: 0,15а. Для уменьшения погрешности следует уменьшать а, т.е. увеличивать Ян. Однако практически значения сопротивления нагрузки часто невелики. В зтом случае для уменьшения, погрешности можно более рационально выбрать номинальную функцию преобразования. Пусть действительной функцией преобразования является кривая 2.
В качестве номинальной функции преобразования более целесообразно принять прямую 3. При зтом, как видно из графика, на интервалах 0 — а, а — Ь, Ь вЂ” с погрешность значительно уменьшена. Уменьшена она и на интервале с — о, хотя остается довольно большой. для того чтобы погрешность всюду была малой, диапазон изменения сопротивления преобразователя ! следует ограничить значением В, а добавочное сопротивление Вл = = Яр — Я, выполнить на отдельном резисторе и включить его последовательно с преобразователем (рис.
4.11, б) . Погрешность реостатного преобразователя. С изменением температуры изменяется сопротивление преобразователя. В основном зто обусловливается температурным изменением удельного сопротивления провода. Сопротивление преобразователя определяется известной формулой (4.63) 11~ ™с(1 + нт). 130 Погрешность (изменение напряжения на натрузке) можно рассчитать, исходя из схемы вюпсчения, номинальных значений входящих в нее сопротивлений и их температурных коэффициентов. При включении преобразователя по потенциометрической схеме в режиме холостого хода изменение температуры не меняет распределение напряжений и температурная погрешность отсутствует.
Реостатному преобразователю присуща также потрешность дискретности. Она обусловлена скачкообразным изменением сопротивления преобразователя 1Ж прн переходе движка с одного витка на другой. Если в качестве номинальной функции преобразования принять функцию, проходящую посредине "ступенек", то максимальное значение приведенной погрешности, обусловленное дискретностыс (4.64) уд = *~ /( р)* где В р — полное сопротивление преобразователя. Если преобразователь имеет пропорциональную функцию преобразования, то "скачки" сопротивления будут одинаковы по всему диапазону перемещения движка.
В этом случае /1р = и1Ж и у = з.1/2п, (4.65) тде и — число витков в обмотке. Трение в реостатном преобразователе вызывает случайные тистерезнсные изменения силы и момента, необходимых для перемещения движка по обмотке. Это может привести к возникновению погрешности преобразователя, предшествующего реостатному. Погрешность, обусловленная нелинейностью потенциометрической схемы включения, и методы ее уменьшения рассмотрены выше. 4.2.2. Тензореэисторныа преобразователи Принцип действия и конструкция. Тензорезисторный преобразователь (тензорезистор) представляет собой проводник, изменяющий свое сопротивление при деформации сжатия — растяжения. При деформации проводника изменяются его дЛина / и площадь поперечного сечения О. Деформация кристаллической решетки приводит к изменению удельного сопротивления р.
Эти изменения приводят к изменению сопротивления проводника (4.66) Этим свойством обладают в большей нли меньшей степени все про. водники. В настоящее время находят применение проводннковые (фольговые, проволочные и пленочные) и полупроводниковые тензорезисторы. Наилучшим отечественным материалом для изготовления проводниковых тензорезисторов, используемых при температурах ниже 180 ' С, 131 является констзитант. Зависимость сопротивления Я ст относительной деформации е с достаточной точнссть1о описывается линейным двучленом (4.67) 11 = 11о(! + 8те) ' где йе — сопротивление тензорезистора без деформации; Ют — тензочувствительность материала. Тензочувствительность константана лежит в пределах 2,0 — 2,1.
Нелинейность функции преобразования не превышает 1ть. Фольговые тензорезисторы представляют собой тонкую лаковую пленку, на которую нанесена фольговая тензочунствителыюя решетка из константана толщиной 4 — 12 мкм (рис. 4.12). Решетка сверху покрыта лаком. Фольговые тензорезнсторы нечувствительны к поперечной деформации вследствие малого сопротивления перемычек, соеднняанцих тензочувствительные элементы. Проволочный тензорезистор имеет аналогичное устройство, но его решепса выполнена из константановой проволоки толщиной 20 — 50 мкм. По метрологичебким и эксплуатационным характеристикам проволоч:- ные преобразователи уступают фольговым.
Фольговые и проволочные тензорезисторы обычно имеют длину 5 — 20 мм, ширину 3 — 10 мм. Их номинальное сопротивление равно 50, 100, 200, 400 и 800 Ом. Параметры тензорезисторов общего назначения регламентирует ГОСТ 21616-76. Полупроводниковые тензорезисторы представляют собой пластинку монокристалла кремния или германия длиной 5 — 10 мм, шириной 0,2 — 0,8 мм. К ее торцам приварены выводные проводники. Номинальное сопротивление лежит в пределах 50 — 800 Ом. Свойства полупроводниковых и металлических преобразователей сильно различаются.
Чувствительность полупроводниковых преобразователей может быть как положительной, так и отрицательной и лежит в пределах Ят = 55 + 130. Как сопротивление, так и чувствительность сильно зависят от температуры. Недостатком является также большой разброс параметров и характеристик. Тензорезисторы применяются для преобразования деформации деталей в изменение сопротивления. Для этого они приклеиваются к этим деталям и испытывают одинаковые с ними деформации.
Схемы включения. Наиболее часто тенэорезисторные преобразователи включаются в схему неравновесного моста (рис. 4.! 3, а) . Если сопротивление нагрузки Вн достаточно велико (режим холостого хода), то выходное напряжение моста — А!11~(о! + 112) газам()13 + 114) = щ<к,к, — я,л,)!(л, + к,) <к, + л,ц, (4.68) 132 а) Рис 4.13 где У вЂ” напряжение питания.
В качестве Я1 и А2 включаются одииако. вые тензорезисторы. При отсутствии измеряемой деформации их сопротивления равны: Вю о = Лз о = 71о- Кроме того, обычно выбирают Лз = Яч. В атом случае, когда деформация тензорезисгора отсутствует (е = 0), Ух = О. При деформации тензорезисторов, когда е Ф 0 и Л~ чь Яз, выходное напряжение моста пропорционально разности сопротивлений тензорезисто ров: ~УФг — ~1г)Р(~г + 11з). (4.б9) Мостовая цепь является дифференциалыюй, следовательно, в ней компенсируются адцитивные погрешности.
С применением мостовой цепи тензорезисторные приборы строятся по дифференциальной схеме первого или второго типа. При использовании дифференциальной схемы первого типа„ т.е. при й~ = Вс + ~И и Лз = 71», выходное напряжение цепи и чувствительность в режиме холостого хода (4.70) (23~~(4нс)' бсх ЫФ~Ро) = Ч4- При использовании дифференциальной схемы второго типа, когда К ~ = Ае + бА и Яз = Я с — бА, выходное напряжение и чувствительность в режиме холостого хода увеличиваются вдвое: х ~( с)' х х~( (4.71) При Я Ф выходное напряжение и чувствительность меньше полу- я ченных значений.
Выходное напряжение тензорезисторного моста обычно не превышает 10 — 20 мВ. Для дальнейшего преобразования такое напряжение без усиления использовать трудно. Поэтому в тензорезисторных приборах обычно используются усилители. Если напряжение питания моста У не стабилнзировано, то при его вариациях возможна мультипликативная погрешность. Для ее исклиь чения используется компенсационный метод измерения выходного на- 133 пряжения моста. Принципиальная схема тензорезисторного прибора типа КСТЗ, в котором реализован этот метод и который предназначен для использования в силоизмерительных и весоизмерительных системах„приведена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
