evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 28
Текст из файла (страница 28)
4.13, б. Мост М~ включает в себя два или четыре тензорезистора. Вследствие технологического разброса значений их сопротивлений мост не уравновешен и имеет некоторое выходное напряжение. При нулевом значении измеряемой величины это напряжение компенсируется с помощью моста Мт подстроечными резисторами Я, н 71з. Результирующее напряжение У пропорционально измеряемой величине.
Мост Мз служит для компенсации этого напряжения. Его выходное напряжение Ц, включено встречно напряжению Е Разность напряжений У вЂ” Ц, усиливается усилителем А и подается на реверсивный двигатель РЛ При этом ротор двигателя„вращаясь, через редуктор Р перемещает движок реохорда 71з и указатель прибора относительно шкалы. Перемещение движка реохорда производится так, чтобы уменьшалась разность У вЂ” Ц,. Ротор останавливается, когда У вЂ” Ц, = О, при этом движок рео. хорда занимает положение, соответствующее значению напряжения Ц а указатель прибора — положение, соответствующее значению измеряемой величины.
Мосты М,, Мз, Мз питаются от одного источника переменного напряжения, от различных обмоток трансформатора. При нестабильности источника питания напряжения Уы Уд, Уз изменяются пропорционально и равенство У = Ц, не нарушается. Не изменяется и показание прибора. Основная погрешность измерения составляет ~0,5% от нормиру)ещего значения, равного 2~Жюля, где,Мюа„— максимальное значение приращения сопротивления плеча моста.
Погрешность тенэорезисторных преобразователей. Тензорезисторы могут использоваться либо для измерения механических напряжений и деформаций, либо для измерения других механических величин: сил, давлений, ускорений и проч„когда деформация является промежуточной величиной преобразования. В первом случае для градуировки тензорезисторов из партии отбирают несколько штук н они наклеиваются на образцовую балку. С помощью гирь в балке создают определенные деформации е, По значениям деформаций и соответствующим им сопротивлениям рассчитывается чувствительность наклеенных тензорезисто ров (4.72) 5 = 1(Я вЂ” й~)/А~)/ж Это значение принимается в качестве номинального для всей партии. Чувствительность других тензорезисторов той же партии может отличаться от номинальной на 2 — 1Щ.
Во втором случае тензорезисторы являются постоянными преобразо. вателями датчика. Отклонение их чувстюпельности от номинального значения учитывается при градуировке прибора, и результирующая 134 погрешность прибора значительно меньше, чем в первом случае, и находится в пределах 0,2 — 0,5%. гПогрешность может возникнуть вследствие температурных изменении сопротивления преобразователя. При изменении температуры оно изменяется как вследствие изменения удельного сопротивления материала, так и вследствие изменения натяжения из-за различных температурных коэффициентов улдинения тензорезистора р и деталв ~3», на которую он наклеен.
Полное изменение сопротивления 14.73) где Яе — сопротивление тензорезистора при нормальной температуре; Я вЂ” его чувствительность; а — температурный коэффициент сопротивления; Ы вЂ”. изменение температуры. Температурный коэффициент сопротивления константана можно из. менять, изменяя его термообработку1' благодаря этому тензорезисторы можно изготавливать так, чтобы при йаклейке на определенный материал его сопротивление не зависело от температуры.
Такие тензореэисторы называются термокомпенсированными. Температурная погрешность проводниковых тенэорезйсторов в основном имеет апдитивный характер. Для ее компенсации используются дифференциальные схемы. При измерении механических напряжений применяют схему первого типа с двумя или четырьмя тензорезисторами.
Рабочие тензорезисторы наклеивают на исследуемую деталь вдоль ожидаемой деформации, а компенсационные — поперек нее, При измерении других величин, например силы, используется дифференциальная схема второго типа. При этом на силоизмерительную пружину с разных сторон наклеивают два тензорезистора, так что при изгибе пружины под действием силы один из них растягивается, другой — сжимается. В обоих ' случаях температурные условия и температурные изменения сопротивлений тензорезисторов одинаковы. Тензорезисторы включаются в смежные плечи моста, и это компенсирует температурную погрешность. Для увеличения чувствительности на силоизмерительную пружину ' можно наклеить четыре тензорезистора, причем преобразователи, воспринимающие деформации одного знака, должны включаться в противоположные плечи моста. В тензорезисторных приборах высокой точности и для получения датчиков с унифицированными характеристиками, чтобы обеспечить . их взаимозаменяемость, применяются мостовые схемы с нормируюшими резисторами (рис.
4.14, а). На приведенной схеме Я1 — Я4 — тензорезисторы; Яб и тгб — резисторы, служагцие для балансировки моста; Я и Я вЂ” термозависимые резисторы для компенсации аддитивной т1 температурнойпогрешности; тг и Я вЂ” резисторы, изменяя сопроч ч тивления которых, можно регулировать чувствительность. датчика; 135 В1-В4 кч ~7 Т1 17ае 4.14 7 Я и Я вЂ” термозависимые резисторы, с помощью которых компенсйруется температурное изменение чувствительности; Аю и Яамх— резисторы, служащие для регулирования входного и выходного сопротивлений моста. Фольговые нормируюшие резисторы показаны на рис.
4.14, 6 Они сделаны так, что, обрывая ту или иную перемычку на фольговой решетке, можно изменять значение сопротивления и тем самым регулировать параметры и характеристики тензорезисторного моста и прибора в целом. Резисторы ЯЕ и Вч изготовлены из константановой фольги, Я 1 — из медной, В т — из никелевой. При использовании мостовых схем с нормирующими резисторами погрешность датчиков с фольговыми тензорезисторами снижается до О,ОЗ вЂ” 0,05%, а у датчиков с полупроводниковыми тензорезисторами — до 0,1%. 13б 4.2.3.
Емкостями преобразователи С = е,,ео1о/б (4.74) где б — расстояние между электродами; Д вЂ” их площадь; ео — злектри. ческая постоянная; е, — относительная проницаемость диэлектрика. Изменение любого из этих параметров изменяет емкость конденсатора. У преобразователя с прямоугольными электродами (рис. 4.15, а) Д = Ьх и имеется некоторый диапазон перемещения пластин х, в котором емкость линейно зависит от х (рис. 4.15, б).
Линейная зависимость искажается вследствие краевого эффекта. В области линейной зависимости чувствительность такого преобразователя Я = дух = ек сои (4.75) постоянна и увеличивается с уменьшением расстояния между электродами б. Если изменяется расстояние б между электродами, функция преобразования С = 7'(б) представляет собой гиперболическую функцию Чувствительностьпреобразователа Я = дЦйб ш е„ео0/бз (4.76) сильнее, чем в предыдущем случае, зависит от расстояния между пла- стинами б. Для увеличения чувствительности Я целесообразно умен Паддия илаосп ЬР 1 к рис.
4.15 137 Принцип действия и конструкция. Емкостный преобразователь представляет собой конденсатор, электрические параметры которого изменяются под действием входной величины. Конденсатор состоит из двух электродов, к которым подсоединены выводные концы. Пространство между электродами заполнено диэлектриком. При изменении взаимного положения электродов нлн при изменении диэлектрической проницаемости среды, заполняющей межэлектродное пространство, изменяется емкость конденсатора. В качестве емкостного преобразователя широко используется плоский конденсатор.
Его емкость определяется выражением а/ Рнс. 4.1б шить Ь. Предельное его значение определяется технологическими соображениями и приложенным напряжением. Надо учитывать, 'что при малых Ь возможен электрический пробой между электродами*. Если перемешать диэлектрическую пластину в зазоре плоского конденсатора (рис. 4.1б, а), то можно получить преобразователь с переменной диэлектрической проницаемостью. Емкость такого преобразователя определяется квК емкость двух параллельно включенных конденсатаров. Один из них С образован частью электродов и диэлектрической пластиной, другой Со — оставшейся частью электродов с межэлектродным пространством, не заполненным пластинкой.
Если пластинка с опюсительной диэлектрической проницаемостью е„имеет толщину Ь, равную расстоянию между электродами, то функция преобразовании преобразователя описывается выражением С вЂ” С + С вЂ” е,~Я+ Ц 1е — 1)11Ь, (4.77) где Ц вЂ” площадь электродов; Д вЂ” часть площади диэлектрической пластины, находящаяся между электродами.
Емкостные преобразователи могут выполняться по дифференциальной схеме. Схема дифференциального преобразователя углового перемещения а с переменной площадью электродов приведена на рис. 4.1б, б. В таких преобразователях средний подвижный электрод обычно соединяется с экраном. Схемы включения. Емкостный преобразователь включается в измерительную цепь; при этом изменение его емкости преобразуется в изменение напряжения или тока либо в частоту синусоидального или импульсного тока.
Существует довольно много различных измерителычых цепей включения емкостных преобразователей. Рассмотрим некоторые из них. е Пробой в сухом воздухе при атмосферном давлении происходит при напряжеююсти Е = 3 ° 10 кВ/см. Однако расчетное значение напряженности обычно не превосходит 700 кВ/см. 138 Генерюлер У т сФ с„ Для включении недифференциального преобразователя может использоваться резонансная цепь (рис. 4.17; а) . Генератор через разделительный трансформатор Т питает резонансный АС- контур Емкость контура состоит нз емкости преобразователя Слр и подстроечного конденсатора емкостью С*, частота и значение напряжения генератора постоянны.
При изменении емкости напряжение на контуре изменяется по резонансной кривой, как показано на рис. 4.17,б. При изменении емкости преобразователя на ЬС напряжение на контуре изменяется на ег 17. Подстроечный конденсатор служит для настройки контура так, чтобы чувствигельносп измерительной цепи рае. 4.17 Я = ЬЕУ/ЬС (4.78) была максимальной. Чувствительность резонансной цепи довольно высока и увеличивается с увеличением добротности контура. Для включения дифференциального емкостного преобразователя может быть использована мостовая цепь (рис. 4.18), работающая в неравновесном режиме.
В этой цепи емкости С~ и Сз — дифференциальный преобразователь. На схеме показано также зкранирование соединит льных проводов и диагоналей мостовой цепи. С „С, С э, С 4— э2' ээ' емкости соответствующих экранов. Эти емкости включены параллельно активным сопротивлениям и входят в полные сопротивления плеч моста. Эквивалентные емкости экранов могут несколько изменяться при работе прибора. Для того чтобы их изменения мало влияли на выходное напряжение моста, сопротивления резисторов й должны быть малыми. Емкость С не входит в уравнение равновесия моста, и ее изменение значительно меньше влияет на его выходное напряжение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
