книга в верде после распозна (1024283), страница 23

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

Текст из файла (страница 23)

S = [(R - R0)IR0]/e. (4.72)

Это значение принимается в качестве номинального для всей партии. Чувствительность других тензорезисторов той же партии может отли­чаться от номинальной на 2—10%.

Во втором случае тензорезисторы являются постоянными преобразо­вателями датчика. Отклонение их чувствительности от номинального значения учитывается при градуировке прибора, и результирующая 134

погрешность прибора значительно меньше, чем в первом случае, и нахо-дится в пределах 0,2—0,5%.

Погрешность может возникнуть вследствие температурных измене­ нии сопротивления преобразователя. При изменении температуры оно изменяется как вследствие изменения удельного сопротивления мате­риала, так и вследствие изменения натяжения из-за различных темпе­ратурных коэффициентов удлинения тензорезистора )3Т и детали |3Д, на которую он наклеен. Полное изменение сопротивления

где R0 — сопротивление тензорезистора при нормальной температуре; S — его чувствительность; а — температурный коэффициент сопротив­ления; Дг — изменение температуры.

можно изготавливать так, чтобы при наклейке на определенный мате­риал его сопротивление не зависело от температуры. Такие тензорезис-торы называются термокомпенсированными.

Температурная погрешность проводниковых тензореЗисторов в ос­новном имеет аддитивный характер. Для ее компенсации используются дифференциальные схемы. При измерении механических напряжений применяют схему первого типа с двумя или четырьмя тензорезистора-ми. 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 противополЪжные плечи моста.

В тензорезисторных приборах высокой точности и для получения датчиков с унифицированными характеристиками, чтобы обеспечить их взаимозаменяемость, применяются мостовые схемы с нормирующи­ми резисторами (рис. 4.14, а). На приведенной схеме Rl — R4 — тен­зорезисторы; i?g и i?g — резисторы, служащие для балансировки моста;

Дт1 и i?Tl — термозависимые резисторы для компенсации аддитивной температурной погрешности; Дц и Дц — резисторы, изменяя сопро­тивления которых, можно регулировать чувствительность датчика;

ARt = R0[a + S(fin - |Зт)]Дг,

(4.73)

0

Рйс. 4.14

RT2 и /?т'2 — термозависимые резисторы, с помощью которых компен­сируется температурное изменение чувствительности; Яш и ЛВых ~ резисторы, служащие для регулирования входного и выходного сопро­тивлений моста.

Фольговые нормирующие резисторы показаны на рис. 4.14, б. 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 Rq и R4 изготовлены из константановой фольги, RTl — из медной, RT2 — из никелевой. При использовании мостовых схем с нормирующими резисторами погрешность датчиков с фольговы­ми тензорезисторами снижается до 0,03—0,05%, а у датчиков с полу­проводниковыми тензорезисторами — до 0,1%.

0

4.2.3. Емкостные преобразователи

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 или при из­менении диэлектрической проницаемости среды, заполняющей меж­электродное пространство, изменяется емкость конденсатора.

В качестве емкостного преобразователя широко используется плос­кий конденсатор. Его емкость определяется выражением

С = ee0Q/8,

(4.74)

где 6 — расстояние между электродами; Q — их площадь; е0 — электри­ческая постоянная; ег — относительная проницаемость диэлектрика.

Изменение любого из этих параметров изменяет емкость конденса­тора.

У преобразователя с прямоугольными электродами (рис. 4.15, а) Q = 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

S = dC/dx = er e0b/b

(4.75)

постоянна и увеличивается с уменьшением расстояния между электро­дами 5.

Если изменяется расстояние 6 между электродами, функция преоб­разования С = /(6) представляет собой гиперболическую функцию. Чувствительность преобразователя

(4.76)

S = dC/dd = е,е„е/62

сильнее, чем в предыдущем случае, зависит от расстояния между пла­стинами 6. Для увеличения чувствительности S целесообразно умень-

Поддижная пластина

^ пластина

*)

I

Рис. 4.15

0

ОС

L

7

71

C=f(QE)

a)

Рис. 4.16

шить 6. Предельное его значение определяется технологическими сооб­ражениями и приложенным напряжением. Надо учитывать, что при малых 6 возможен электрический пробой между электродами*.

Если перемещать диэлектрическую пластину в зазоре плоского кон­денсатора (рис. 4.16, а), то можно получить преобразователь с перемен­ной диэлектрической проницаемостью. Емкость такого преобразователя определяется как емкость двух параллельно включенных конденсато­ров. Один из них С£ образован частью электродов и диэлектрической пластиной, другой С0 — оставшейся частью электродов с межэлектрод­ным пространством, не заполненным пластинкой. Если пластинка с относительной диэлектрической проницаемостью ег имеет толщину 6, равную расстоянию между электродами, то функция преобразования преобразователя описывается выражением

где Q — площадь электродов; Qe — 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. 4.16, 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 измерительных це­пей включения емкостных преобразователей. Рассмотрим некоторые из них.

* Пробой в сухом воздухе при атмосферном давлении происходит при напря­женности Е = 3 ■ 103 кВ/см. Однако расчетное значение напряженности обычно не превосходит 700 кВ/см.

С = Се + Со = е0Ш + Qe(e - 1)]/6,

(4.77)

.0

Для включения недифференциаль­ного преобразователя может использо­ваться резонансная цепь (рис. 4.17, а). Генератор через разделительный транс­форматор Т питает резонансный LC-контур. Емкость контура состоит из емкости преобразователя Спр и под-строечного конденсатора емкостью С*, частота и значение напряжения ге­нератора постоянны. При изменении емкости напряжение на контуре изме­няется по резонансной кривой, как показано на рис. 4.17,6. При измене­нии емкости преобразователя на АС напряжение на контуре изменяется на A U. Подстроечный конденсатор слу­жит для настройки контура так, чтобы чувствительность измерительной цепи

S = AU/AC (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 Cj и Сг — дифференциальный преобразователь. На схеме показано также экранирование соедини­тельных проводов и диагоналей мостовой цепи. Сэ1> Сэ2, Сэ3, Сэ4 — 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 R должны быть малыми. Емкость Сэ5 не входит в уравнение равновесия моста, и ее из­менение значительно меньше влияет на его выходное напряжение.

Другой схемой включения дифференциальных емкостных преобра­зователей является емкостно-диодная цепь (рис. 4.19, а). Дифферен­циальный преобразователь Cj и С2 подключается к источнику пере­менного напряжения через диоды VD\ — vd4 и конденсаторы С3 — С4. При положительной полярности напряжения U конденсатор С\ заря­жается через С3 и VD^, а при отрицательной разряжается через С4 и VDi. Конденсаторы Сз и С4 имеют равные емкости, а диоды VD^ и VD2 — равные прямые сопротивления. При этом, если питающее напря­

С

Рис. 4.17

0

Рис. 4.19

жение синусоидально, то же синусоидальное напряжение будет и на кон­денсаторе Ci (в точке с), причем значение этого напряжения опреде­ляется значением Сх. Аналогичным образом напряжение на конденсато­ре С2 (в точке d) изменяется синусоидально и его значение зависит от емкости С2. Если все диоды имеют одинаковые прямые сопротивления, то при Ci = Сг напряжения на этих конденсаторах одинаковы и напряже­ние между точками с и d отсутствует. Если же С\ ФС2, то между точка­ми с и d появится переменное напряжение, пропорциональное разности Ci — С2. Это напряжение выпрямляется в течение одной половины пе­риода диодами VDi и VD3, а в течение второй — диодами VD2 и VD4. Выходное напряжение снимается с диодов VD3 и VD4o Его изменение во времени показано на рис, 4.19, б. Среднее выпрямленное значение на­пряжения С^ых определяется разностью Сх — С2 и приближенно равно

^вых = 2U~(C* - С2)/(С, + С2 + 2dC2/C3). (4.79)

Для того чтобы упростить экранирование, вся емкостно-диодная

схема помещается в экранированный корпус датчика.

0

Погрешность емкостного преобразователя. Электроды емкостного преобразователя монтируются на изоляционных деталях или разде­ляются ими. Разнородные конструктивные детали датчика имеют раз­личные коэффициенты линейного расширения. При изменении темпе­ратуры это приводит к изменению расстояния между электродами. Хотя это изменение мало, оно может быть соизмеримо с расстоянием между электродами и приводит к температурной погрешности, имею­щей аддитивную и мультипликативную составляющие. Первая мо­жет быть уменьшена применением дифференциальных преобразова­телей

Номинальная емкость емкостных преобразователей обычно лежит в пределах от единиц до сотен пикофарад. На частоте 50 Гц внутрен­нее сопротивление преобразователя достигает значений более 107 Ом, При столь высоком сопротивлении возможны погрешности, обуслов­ленные паразитными токами утечки, причем на результат измерения влияет непостоянство сопротивления изоляции. Для уменьшения со­противления преобразователя частота напряжения питания увеличи­вается до нескольких килогерц и выше, вплоть до нескольких мегагерц.

Характеристики

Список файлов книги