evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024282), страница 33

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 33)

Эти и з м е н е н и я п р и в о д я т к и з м е н е н и юсопротивления проводника^ = pl/Q .(4.66)Э т и м с в о й с т в о м о б л а д а ю т в б о л ь ш е й и л и м е н ь ш е й с т е п е н и в с е про­в о д н и к и . В н а с т о я щ е е в р е м я н а х о д я т п р и м е н е н и е п р о в о д н и к о в ы е (фоль­говые, проволочные и пленочные)ры.и полупроводниковые тензорезисто-Н а и л у ч ш и м о т е ч е с т в е н н ы м м а т е р и а л о м д л я и з г о т о в л е н и я провод­н и к о в ы х т е н з о р е з и с т о р о в , и с п о л ь з у е м ы х п р и температурах ниже 180 °,131я в л я е т с я константант.

З а в и с и м о с т ь с о п р о т и в л е н и я R ото т н о с и т е л ь н о й д е ф о р м а ц и и е с д о с т а т о ч н о й т о ч н о с т ь ю опи­сывается линейным двучленом4 67)(-Я=Д 0 (1+М>где R0£т— сопротивление тензорезистора без деформации;— тензочувствительность материала.Тензочувствительностьконстантаналежитвпределах2 , 0 — 2 , 1 . Н е л и н е й н о с т ь ф у н к ц и и п р е о б р а з о в а н и я н е превы­ш а е т 1%.Фольговые тензорезисторы представляют собой тонкуюлаковуюпленку, нак о т о р у ю нанесена ф о л ь г о в а я тензо-ч у в с т в и т е л ь н а я р е ш е т к а и з к о н с т а н т а н а т о л щ и н о й 4—12 м к м(рис. 4 . 1 2 ) .

Решетка сверху п о к р ы т а л а к о м . Фольговые тензорезисторын е ч у в с т в и т е л ь н ы к п о п е р е ч н о й д е ф о р м а ц и и в с л е д с т в и е м а л о г о сопротив­ления перемычек, соединяющих тензочувствительные элементы.Проволочныйтензорезисторимеетаналогичноеустройство, но егорешетка выполнена и з константановой п р о в о л о к и т о л щ и н о й 20—50 м к м .Пометрологическими э к с п л у а т а ц и о н н ы м х а р а к т е р и с т и к а м проволоч­ные преобразователи уступают ф о л ь г о в ы м .Фольговыеипроволочныетензорезисторыобычноимеютдлину5—20 м м , ш и р и н у 3—10 м м .

И х н о м и н а л ь н о е с о п р о т и в л е н и е р а в н о 5 0 ,100, 2 0 0 , 4 0 0 и 8 0 0 О м . П а р а м е т р ы т е н з о р е з и с т о р о в о б щ е г о н а з н а ч е н и ярегламентирует Г О С Т 21616-76.Полупроводниковыемонокристалла0,2—0,8мм.минальноетензорезисторыкремнияКееторцамсопротивлениеполупроводниковыхразличаются.илиипредставляют собой пластинкугерманияприваренылежитвдлинойпределахметаллических 'Чувствительность5—10выводныемм,ширинойпроводники.50—800Ом.преобразователейполупроводниковыхНо­Свойствасильнопреобразователейм о ж е т б ы т ь к а к п о л о ж и т е л ь н о й , т а к и о т р и ц а т е л ь н о й и л е ж и т в преде­лах 5Х = 55 т 130.

К а к сопротивление, т а к и чувствительность сильнозависятоттемпературы.Недостаткомявляетсятакжебольшойраз­брос параметров и характеристик.Т е н з о р е з и с т о р ы п р и м е н я ю т с я д л я п р е о б р а з о в а н и я д е ф о р м а ц и и дета­лей в изменение сопротивления. Д л я этого они приклеиваются к этимдеталям и испытывают одинаковые с ними деформации.С х е м ы в к л ю ч е н и я . Наиболее часто т е н з о р е з и с т о р н ы е п р е о б р а з о в а т е л ивключаются в схему неравновесного моста (рис.

4.13, а ) .Если сопротивлениен а г р у з к и RHдостаточновелико( р е ж и м холо­стого х о д а ) , то в ы х о д н о е напряжение мостаих = иг,/(/г, + д2) - m3i(R3 + д4) ==132tf[(J?,tf 4- RMKRi+ R2)(R3+ Д4)],(4-68)Рис. 4.13гдеU — н а п р я ж е н и е п и т а н и я . В к а ч е с т в е R1 и R2 в к л ю ч а ю т с я о д и н а к о ­вые тензорезисторы.ПриRio=отсутствии измеряемой деформации их сопротивления равны:^ 2 О=^ о - К р о м е т о г о , о б ы ч н о в ы б и р а ю т R3= R4. В э т о м слу­чае, к о г д а д е ф о р м а ц и я т е н з о р е з и с т о р а о т с у т с т в у е т ( е = 0 ) , Г/ х = 0 .Придеформациитензорезисторов,когда е # 0 и й (ФR2, в ы х о д н о ен а п р я ж е н и е м о с т а п р о п о р ц и о н а л ь н о р а з н о с т и с о п р о т и в л е н и й тензорези­сторов:U x = {/(Д,Мостовая- Д2)/2(Д,цепькомпенсируются+ Д2)-является(4.69)дифференциальной,аддитивныепогрешности.цепи т е н з о р е з и с т о р н ы е п р и б о р ыСследовательно,применениемвнеймостовойстроятся по дифференциальной схемепервого или в т о р о г о типа.П р и и с п о л ь з о в а н и и д и ф ф е р е н ц и а л ь н о й с х е м ы п е р в о г о типа, т.е.

приRi= R0+ARи R2= R0, в ы х о д н о е н а п р я ж е н и е ц е п и и чувствитель­ность в режиме холостого ходаUxUAR/(4R0),=Scx =t7/(ДД/Д0)= ЦА.(4.70)При и с п о л ь з о в а н и и д и ф ф е р е н ц и а л ь н о й с х е м ы в т о р о г о типа, к о г д аR1 = R 0 + AR и Д 2 =R0 — AR, в ы х о д н о е н а п р я ж е н и е и ч у в с т в и т е л ь н о с т ьв режиме холостого хода увеличиваются вдвое:ЧUx = Г / Д Д / ( 2 Д 0 ) , Sx= UJ(AR/R0) =(4.71)U/2.П р и Д н Ф °° в ы х о д н о е н а п р я ж е н и е и ч у в с т в и т е л ь н о с т ь м е н ь ш е полу­ченных значений.Выходноешает10—20напряжениемВ.Длятензорезисторногомостаобычнонепревы­дальнейшего преобразования такое напряжениеб е з у с и л е н и я и с п о л ь з о в а т ь т р у д н о .

П о э т о м у в т е н з о р е з и с т о р н ы х прибо­рах обычно используются усилители.Е с л и н а п р я ж е н и е п и т а н и я м о с т а U н е с т а б и л и з и р о в а н о , т о п р и е г о ва­риацияхвозможнамультипликативнаяпогрешность.Дляееисклю­ч е н и я и с п о л ь з у е т с я к о м п е н с а ц и о н н ы й м е т о д и з м е р е н и я в ы х о д н о г о на133пряжениямоста.Принципиальнаясхематензорезисторногоприборатипа К С Т З , в к о т о р о м реализован этот м е т о д и к о т о р ы й предназначендляиспользованиявс и л о и з м е р и т е л ь н ы х и в е с о и з м е р и т е л ь н ы х систе­мах, приведена на р и с . 4.13, б.Мост Miвключает в себя два и л и четыре тензорезистора. Вследствиет е х н о л о г и ч е с к о г о р а з б р о с а з н а ч е н и й и х с о п р о т и в л е н и й м о с т н е уравно­в е ш е н и и м е е т н е к о т о р о е в ы х о д н о е н а п р я ж е н и е .

П р и н у л е в о м значенииизмеряемоймостапряжениедлявеличиныэтоподстроечнымиМгнапряжениекомпенсируетсяRyрезисторамин R2-этогонапряжения.ЕгопомощьюМост М3U пропорционально и з м е р я е м о й величине.компенсациисРезультирующеевыходноена­служитUKнапряжениев к л ю ч е н о в с т р е ч н о н а п р я ж е н и ю U. Р а з н о с т ь н а п р я ж е н и й U — U K усили­ваетсяусилителем Аиподаетсянареверсивныйд в и г а т е л ь РД.Приэ т о м р о т о р двигателя, вращаясь, через р е д у к т о р Р перемещает д в и ж о креохорда R3движкаи указательреохордаприбора относительнопроизводитсятак,чтобышкалы.ПеремещениеуменьшаласьразностьU — UK.

Р о т о р о с т а н а в л и в а е т с я , к о г д а U — U K = G, п р и э т о м д в и ж о к рео­хордазанимает положение, соответствующее значению н а п р я ж е н и яU,а у к а з а т е л ь п р и б о р а — п о л о ж е н и е , соответствующее значению измеряе­мой величины. *М о с т ы М\, М2,М3п и т а ю т с я от о д н о г ои с т о ч н и к а п е р е м е н н о г о на­пряжения, от различных о б м о т о к трансформатора. При нестабильностии с т о ч н и к а п и т а н и я н а п р я ж е н и я U\, U-i, U 3 и з м е н я ю т с я п р о п о р ц и о н а л ь н ои р а в е н с т в о U = U K не н а р у ш а е т с я . Не и з м е н я е т с я и п о к а з а н и е п р и б о р а .Основная погрешность измерениязначения,равного2ARmax,гдесоставляет ±0,5% от нормирующегоARmax—максимальноезначениепри­р а щ е н и я с о п р о т и в л е н и я плеча моста.Погрешностьтензорезисторныхпреобразователей.Тензорезисторымогут использоваться либо для измерения механических напряжений идеформаций, либо д л я измерения других механических величин:сил,давлений, у с к о р е н и й и проч., к о г д а д е ф о р м а ц и я я в л я е т с я промежуточ­н о й в е л и ч и н о й п р е о б р а з о в а н и я .

В п е р в о м случае д л я г р а д у и р о в к и тензорезисторов из партии отбирают н е с к о л ь к о ш т у к и они наклеиваютсяна о б р а з ц о в у ю б а л к у . С п о м о щ ь ю гирь в б а л к е создают определенныед е ф о р м а ц и и е . П о з н а ч е н и я м д е ф о р м а ц и й и с о о т в е т с т в у ю щ и м и м сопро­тивлениямрассчитываетсячувствительностьнаклеенныхтензорези-сторовS =[(R - R0)IR0]/e.(4.72)Это з н а ч е н и е п р и н и м а е т с я в к а ч е с т в е н о м и н а л ь н о г о д л я в с е й п а р т и и .Чувствительность других тензорезисторовтойжеп а р т и и м о ж е т отли­ч а т ь с я о т н о м и н а л ь н о й н а 2—10%.В о в т о р о м случае т е н з о р е з и с т о р ы я в л я ю т с я п о с т о я н н ы м и п р е о б р а з о ­вателямидатчика.значенияучитывается134Отклонениеприихчувствительности от номинальногоградуировкеприбора,ирезультирующаяп о г р е ш н о с т ь п р и б о р а з н а ч и т е л ь н о м е н ь ш е , ч е м в п е р в о м случае, и н а х о д и т с я в п р е д е л а х 0,2—0,5%.Погрешностьможетвозникнуть вследствиет е м п е р а т у р н ы х измене­нии сопротивления преобразователя.

П р и изменении температуры оноизменяется к а квследствиеи з м е н е н и я у д е л ь н о г о с о п р о т и в л е н и я мате­р и а л а , т а к и в с л е д с т в и е и з м е н е н и я н а т я ж е н и я из-за р а з л и ч н ы х темпе­р а т у р н ы х к о э ф ф и ц и е н т о в у д л и н е н и я т е н з о р е з и с т о р а )3Ти деталина которую он наклеен. Полное изменение сопротивленияARt= R0[a + S(fin - | З т ) ] Д г ,где R 0|3 Д ,(4.73)— сопротивление тензорезистора при нормальной температуре;S — его чувствительность;а — т е м п е р а т у р н ы й к о э ф ф и ц и е н т сопротив­л е н и я ; Дг — изменение температуры.можнои з г о т а в л и в а т ь т а к , ч т о б ы п р и н а к л е й к е н а о п р е д е л е н н ы й мате­риал его сопротивление не зависело от температуры.

Т а к и е тензорезисторы называются термокомпенсированными.Температурнаяпогрешностьп р о в о д н и к о в ы х т е н з о р е З и с т о р о в в ос­новном имеет аддитивный характер. Д л я ее компенсации используютсядифференциальныеприменяютми.схемы.Приизмерениимеханическихнапряженийс х е м у п е р в о г о типа с д в у м я или ч е т ы р ь м я тензорезистора-Рабочиетензорезисторынаклеиваютна исследуемую деталь вдольо ж и д а е м о й д е ф о р м а ц и и , а к о м п е н с а ц и о н н ы е — п о п е р е к н е е . П р и изме­рении других величин, например силы, используется дифференциальнаясхема в т ор ого типа.

При э т о м на силоизмерительную пружину с разныхс т о р о н н а к л е и в а ю т д в а т е н з о р е з и с т о р а , т а к что п р и и з г и б е п р у ж и н ы п о ддействием силы один из них растягивается, другой — сжимается. В о б о и хс л у ч а я х т е м п е р а т у р н ы е у с л о в и я и т е м п е р а т у р н ы е и з м е н е н и я сопротив­ленийтензорезистороводинаковы.Тензорезисторывключаютсявс м е ж н ы е плечи моста, и это к о м п е н с и р у е т температурную п о г р е ш н о с т ь .Дляувеличения' можночувствительностинаклеитьвоспринимающиечетыренасилоизмерительнуютензорезистора,деформацииодногопричемзнака,пружинупреобразователи,должнывключатьсявпротивополЪжные плечи моста.Втензорезисторныхдатчиковсприборахунифицированнымивысокойточностихарактеристиками,ид л я получениячтобыобеспечитьих взаимозаменяемость, применяются мостовые схемы с нормирующи­мирезисторами( р и с .

Характеристики

Список файлов книги