Антиплагиат Малышев (1230559), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1.2) и нанесенной на подлож ку (носитель),которая непосредственно приклеивается к испытываемому телу. Типовая длина тензодатчиков колеблется от 0,2 мм до 10см. Змеевидная структура датчика обеспечивает большое относительное изменение длины фольги вдоль датчика и оченьмалое изменение при растяж ении датчика в поперечном направлении. Поэ тому коэ ффиц иент Пуассона в такой структуреминимален.Серийные тензодатчики имеют сопротивление от 30 Ом до 3 кОм при типовых значениях 120 Ом, 350 Ом и 1 кОм.Материалом для тензорезисторовслуж ит константан (45% Ni, 55% Cu), платина и ее сплавы, нихром (80% Ni, 20% Cr),манганин (84% Си, 12% Мп, 4% Ni), никель и др.Для точной передачи растяж ения образц а через подлож ку на металлический проводник очень важ но правильноприкрепить датчик к испытываемому образц у. Для э того лучше всего пользоваться информац ией, предоставляемойизготовителем тензодатчика.Длина чувствительного э лемента тензодатчика и длина его подлож ки изменяются в зависимости от температуры.
Поэ тому,несмотря на спец иальные меры, принимаемые при изготовлении тензодатчиков их производителями, сущ ествует проблемасниж ения температурной чувствительности. Температурная чувствительность определяется двумя физическими явлениями:зависимостью омического сопротивления материала тензорезистора от температуры и паразитным тензорезистивнымэ ффектом, который возникает вследствие несогласованности температурныхкоэффициентоврасширениятензорезистораиматериалаобъекта,накоторыйнаклеентензорезистор.1.1.2.2[21]Измерения с помощ ью тензодатчиковИзмеренияспомощ ьютензодатчиковтребуютрегистрац ииоченьмалыхизмененийсопротивления.Например,относительное изменение сопротивления, вызываемое относительным растяж ением 0,0005 при тензорезистивномкоэ ффиц иенте, равном 2, составит 0,1%, что для тензодатчика сопротивлением 120 Ом э квивалентно сопротивлениювсеголишь 0,12 Ом. Чтобы измерять столь малоеизменениесопротивления и скомпенсировать температурнуюпогрешность, тензодатчики практически всегда используют в мостовой схеме (мост Уитстона, рис.
1.3), подключенной кисточнику напряж ения или тока (источнику питания моста).Общ епринятого стандарта для питания моста не сущ ествует. Типовыми являются напряж ения 3В и 10В. Ток черезтензодатчик обычно составляет от 2 ма до 30 ма для датчиков с сопротивлением от 1 кОм до 120 Ом. Напряж ение питаниямоста долж но быть по возмож ности большим, чтобы увеличить отношение сигнала к шуму, и в то ж е время достаточномалым, чтобы минимизировать погрешность, вызванную саморазогревом датчика. Особые требования предъявляются кточности и стабильности напряж ения питания моста, если не используется шестипроводная схема подключения датчика(см. рис. 1.10).Дляпроверки правильности калибровки измерительной схемы используют резистор с известным (калиброванным)значением сопротивления, которым шунтируют тензодатчик. Показания измерительной системы долж ны соответствоватьрасчетному значению, соответствующ ему э тому сопротивлению.В связи с малостью сигнала от тензодатчика во многих случаях ц елесообразно применять фильтр, ослабляющ ий помехи счастотой 50 Гц .
Например, в модуле ввода сигналов тензодатчика NL-2SG фирмы НИЛ аП использован sinc-фильтр 3-гопорядка, подавляющ ий помеху с частотой 50 Гц на 120 дБ.Выходное напряж ение измерительного моста (рис. 1.3) равно(1.14)При условии баланса моста () его выходное напряж ение равно V0 = 0. Малейшая разбалансировка вследствие изменениясопротивления тензодатчика приводит к появлению напряж ения на выходе.Обозначим абсолютное изменение сопротивления тензодатчика через ΔR. Тогда, как следует из (1.8),, (1.15)http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.12731747&repNumb=17/2310.06.2015Антиплагиатгде RG — сопротивление тензорезистора в ненапряж енном состоянии.Если сбалансировать мост таким образом, чтобы при отсутствии растяж ения тензодатчика R1 = R2 и R3 = RG, то из (1.14)получим, (1.16)или, окончательно,. (1.17)Таким образом,зная напряж ение на выходе моста, из формулы (1.17) мы мож ем найти относительное удлинениетензодатчика ε и из (1.12) - силу F.
Поскольку относительное удлинение зависит такж е от температуры, для компенсац иитемпературной составляющ ей используют два тензочувствительных э лемента, располож енных на общ ей подлож кеперпендикулярно друг другу (рис. 1.4). При э том температурные удлинения обоих э лементов одинаковы, a удлинениявследствие воздействия деформирующ ей силы будут разные. Используя э ти э лементы в разных плечах измерительногомоста (рис. 1.5), мож но частично скомпенсировать температурную погрешность.Компенсац ия температурной погрешности, выполняемая изготовителем тензодатчиков, обычно не позволяет получитьошибку менее 10 микрострейн на градус. Однако, используя полиномиальную аппроксимац ия температурной зависимостисопротивления для ее программной компенсац ии, мож но снизить температурную погрешность до 1 микрострейна наградус.В полумостовой схеме (рис.
1.5) мож но использовать такж е два тензодатчика с нескомпенсированной температурнойпогрешностью, если один из них работает на растяж ение, второй - на сж атие, например, если измеряется механическоенапряж ение изгибаемойбалки. Таким образом мож но повысить чувствительность схемы измерения в 2 раза иодновременно скомпенсировать температурную погрешность (рис. 1.6).Дальнейшего повышения чувствительности схемы измерений мож но достичь, если использовать четыре тензодатчика, два из которых работают на растяжение, и два - на сжатие ([21]рис. 1.7).В схеме на рис. 1.6 относительное выходное напряж ение моста равно, (1.18)a с учетом начального смещ ения напряж ения вследствие дисбаланса моста Vсм получим.
(1.19)Если ввести обозначение Vr = (1.19), то для измерительной ц епи, показанной на рис. 1.6, относительное растяж ениетензодатчика в зависимости от относительного приращ ения напряж ения на выходе моста Vr, будет равно. (1.20)Зная ε и пользуясь законом Гука в форме (1.12), мож но найти искомую силу F.Для других схем включения тензодатчиков аналогичные формулы приведены на рис. 1.7 - рис. 6.21.Начальная балансировка моста мож ет быть выполнена как аппаратно (с помощ ью резисторов), так и программно. Однакоэ ти методы имеют принц ипиальные различия.Если мост не сбалансирован с помощ ью резисторов, то на его выходе присутствует напряж ение дисбаланса Vсм, котороескладывается с полезным сигналом Vc, т. е. V0 = Vсм + Vc. Если верхняя границ а диапазона измерения напряж ения(напряж ение насыщ ения усилителя) равна Vmax, то коэ ффиц иент усиления не мож ет быть более, чем Vmax / (Vсм + Vc),т.е. максимально возмож ный коэ ффиц иент усиления сигнала на выходе несбалансированного моста ограничиваетсянапряж ением дисбаланса: K меньше или равно Vmax/Vсм.
Например, при типовом значении Vmax равном 2.5В и Vсм равном25мВ коэ ффиц иент усиления сигнала не мож ет быть более 100. Однако практически необходимое усиление достигает2000 [5].Таким образом, несмотря на возмож ность компенсац ии смещ ения программным способом, э тот метод ограничиваетвозмож ность увеличения чувствительности измерительной системы. Им мож но пользоваться для компенсац ии тольконебольших напряж ений дисбаланса моста.1.1.2.3 Влияние сопротивления соединительных проводовВ предыдущ их измерительных ц епях не были учтены сопротивления подводящ их проводов.
Однако при использованиинизкоомных датчиков они могут достигать единиц и десятков Ом, что вносит значительную погрешность в результатизмерения.Для решения э той проблемы весь измерительный мост обычно располагают рядом с датчиком, a сигналы с выхода мостаизмеряют модулями с высокоомным (потенц иальным) входом.
Для исключения погрешности, вызванной падениемнапряж ения на проводах, передающ их к мосту напряж ение питания Vвх , используют шестипроводное подключение моста(рис. 1.10). В э той ц епи напряж ение питания моста не задается, a измеряется. Поэ томупадение напряж ения на проводахпитания не вносит погрешность в величину Vвх, которая используется в расчетных формулах.Если сопротивления проводов невозмож но сделать достаточно малыми, их измеряют и учитывают в дальнейших расчетах сц елью исключения вносимой ими погрешности. На рис 1.11 - рис. 1.13 приведены соответствующ ие формулы, которыемогут быть реализованы программно в микропроц ессоре модуля ввода сигналов тензодатчиков или в компьютере.1.1.2.4 Составляющ ие погрешности измеренияПри использовании тензорезисторов большинствоисточников погрешностей аналогичны тем, чтовозникаютприиспользовании терморезисторов.
Основными компонентами погрешностей являются следующие:случайная погрешность, вызванная технологическим разбросом сопротивлений тензорезисторов;систематическая погрешность, вызванная термоэлектрическим эффектом;тепловой и фликкер-шум измеряемого сопротивления;температурная погрешность, вызванная разогревом датчика протекающим током;погрешность, связанная с разностью температурных коэффициентов расширения тензорезистора и материалаhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.12731747&repNumb=18/2310.06.2015Антиплагиатобъекта, на который наклеен тензорезистор;погрешность метода (схемы измерения) сопротивления, зависящая от длины проводов и точности измерения ихсопротивления;внешние наводки;сопротивление контактов;«ползучесть» сопротивления длительно нагруженного тензорезистора;погрешность измерительного модуля ввода.
[7][21]Вследствие очень малой чувствительности тензорезисторов особую роль играют наведенные помехи. Для их уменеенияиспользуютне витые пары, a плетеные четыре провода, в которых попарно параллельно соединяют провода, проходящие вовзаимно перпендикулярных плоскостях. Это устраняет индуктивность обычной витой пары, которая представляетсобой катушку индуктивности, если смотреть на витую пару с торца [6].[21]Рисунок 1.13 — Схема включения двух датчиков, один из которых работает на растяж ение, второй - на сж атие (см. такж ерис. 1.6);1.1.3 Сущ ествующ ие тензорезисторные датчики крутящ его моментаДатчик крутящ его момента представляет собой устройство для измерения и регистрац ии крутящ его момента навращ ающ ихся частях различных систем, таких как коленчатый вал двигателя, рулевая колонка, винтовая свая и т.д.Датчики крутящ его момента позволяют измерять как статический, так и динамический момент.
Как правило, в основедатчика момента леж ит тензодатчик на вращ ающ емся валу или оси. Способ съема сигнала, a такж е питание тензомостамож ет осущ ествляться контактным и бесконтакным (телеметрическим) способом. Диапазон измерений серийно выпускаемыхтензорезисторныхдатчиков крутящего момента составляет от 0 – 0,1 Н·м до 0 – 50 кН·м, a в случае необходимости и более.[18]Сущ ествуют три основных типа тензорезисторных датчиков крутящ его момента: бесконтакные, с контактными кольц ами иневращ ающ иеся(датчики реакц ии).1.1.3.1 Конструктивное исполнение, основные типы датчиковВаж нейшей частьюдатчика крутящего момента является, как правило,действием приложенного к немудеформации служатчувствительный цилиндрический элемент, который подмоменту закручивается. Возникающие при этом напряжения сдвига илимерой крутящего момента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
