Диплом снаровкин (1231063), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Рисунок 3.6 – Изгиб. Схема «Четверть моста»

Наиболее экономичная схема по количеству используемых датчиков и количеству соединительных проводов, однако чувствительна к температурным изменениям в конструкции и соединительных проводах.

Вариант 2. Схема «полумост» (рисунок 3.7). Самая распространенная схема измерения изгибных деформаций в силу следующих достоинств:

- схема имеет удвоенную чувствительность к деформациям;

- схема нечувствительна к температурным изменениям в исследуемой конструкции и соединительных проводах;

- схема отличается высокой линейностью измерительного моста, поскольку сумма воздействующих на тензорезисторы деформаций равна нулю.

Рисунок 3.7 – Изгиб. Вариант 2. «Схема полумост»

Практически все сводится к тому, что подобные схемы допускают измерение больших деформаций до 50%, а обычные схемы – до 2% без заметных нелинейных искажений. [6]

Вариант 3. Схема «полный мост» (рисунок 3.8).

В этом случае к достоинствам предыдущей схемы добавляется ещѐ более высокая чувствительность к измеряемым деформациям, равная 4.

Рисунок 3.8 – Изгиб. Схема «Полный мост»

3.2.2 Модель измерения нагрузок при деформации пластины

Рисунок 3.8.1 – Статическое напряжение без нагрузки

Рисунок 3.8.2 – Статическое напряжение под нагрузкой

3.3 Влияние температуры

Изменение относительного сопротивления тензорезистора в эксперименте, как правило, зависит от двух факторов: уровня измеряемой деформации и величины изменения температуры в месте установки датчика. Изменение температуры тензорезистора в месте его установки зависит как от колебаний температуры окружающей среды в процессе измерений, так и от саморазогрева датчика, вызываемого проходящим через него электрическим током. Чаще всего влияние температуры является нежелательным фактором. [7]

3.3.1 Ограничение саморазогрева датчика

Разогрев датчика определяется количеством тепла, выделяемого на решетке током, и условиями охлаждения. В свою очередь, условия охлаждения зависят от размеров детали и ее теплопроводности, площади поверхности, занимаемой нитями решетки, отношения поверхности решѐтки к ее объему, толщины клеевого слоя и его теплопроводности, температуры окружающей среды и скорости движения потоков воздуха, "омывающего" деталь в месте размещения тензорезистора, и ряда других факторов. [7]

Способность датчика рассеивать тепловую энергию оценивается таким показателем, как удельная мощность рассеивания:

W/P=F, (3.1)

где P – электрическая мощность, рассеиваемая датчиком;

F – площадь поверхности его тензорешетки;

W – определяет величину допустимого тока, проходящего через тензорезистор. Удельная мощность рассеивания в первую очередь зависит от толщины детали и теплопроводности еѐ материала. Деталь выступает в роли теплового резервуара (радиатора).

В табл. 3.1 приведены значения допустимой удельной мощности рассеивания в зависимости от свойств детали.

Таблица 3.1 – Допустимые удельные мощности рассеивания

При определении рабочего тока питания датчика исходят из плотности тока 45 А/мм² для проволочных тензорезисторов и 60 А/мм² – для фольговых, если металлическая деталь массивна. [7]

3.3.2 Температурная деформация системы «датчик-деталь»

При изменении температуры датчика и детали наблюдаются следующие механизмы, способные влиять на результаты измерений.

Изменяется коэффициент тензочувствительности S материала тензорешетки. Для сплавов константан и карма эта зависимость представляет собой линейную функцию, показанную на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 – Зависимость тензочувствительности сплавов констан и карма от температуры

Как видно из графиков, изменение коэффициента тензочувствительности на один градус очень малó и составляет +0,00735 для константана и –0,00975 для сплава карма. Эти изменения при обычном анализе напряжений не учитываются (изменение менее 1 % для ).

С изменением температуры удлиняются (или сокращаются) решетка датчика и деталь ,

где – база тензорезистора; [7]

α,β – коэффициенты теплового расширения материалов решетки и детали соответственно.

Поскольку обычно жесткость детали намного выше, чем жесткость тензорешетки, то в последней возникнет механическая деформация:

(3.2)

^{Датчик реагирует на деформацию} Т ^{точно так же, как и на деформацию} образца, обусловленную нагрузкой, что порождает дополнительную компоненту выходного сигнала, соответствующую температуре.

Температурное воздействие изменяет сопротивление тензорешетки:

(3.3)

где – температурный коэффициент сопротивления материала решетки.

Наиболее существенны эффекты, обозначенные номерами 2 и 3. Суммируя их, получим изменение сопротивления наклеенного на деталь датчика от температуры:

(3.4)

Даже если коэффициенты теплового расширения материалов датчика и образца одинаковы α=β, кажущаяся деформация не равна нулю и определяется вторым членом уравнения. Температурная компенсация датчика достигается лишь при условии, что оба члена в уравнении (3.4) либо равны нулю, либо взаимно уничтожаются.

Последнее условие удается реализовать в процессе производства тензорезисторов. Дело в том, что величины α и весьма чувствительны к легированию сплава и к режиму его холодной обработки в процессе прокатки фольги. [7]

Наличие вариаций в величинах и от одной плавки к другой и от одного рулона к другому позволяет подбирать датчики, изготовленные на базе сплавов константан и карма, применительно к различным конструкционным материалам. Такие датчики называют температурно-компенсированными датчиками. Температурно-компенсированные датчики для конкретного конструкционного материала подбирают по так называемому S-T-C коду (self-temperature compensation code), который численно равен коэффициенту теплового расширения конструкционного материала, увеличенному в миллион раз. [7]

S-T-C коды для некоторых конструкционных материалов приведены в табл. 4. Там же указана их температурная характеристика теплового расширения .

К сожалению, добиться полной температурной компенсации в широком диапазоне температур не удается из-за нелинейных членов, которых нет в уравнении (3.4). Типичные температурно-компенсированные датчики обнаруживают присутствие кажущейся деформации, изменяющейся с температурой так, как показано на рис. 3.10.

Рисунок 3.10 – Зависимость кажущейся деформации от температуры для сплавов константан и карма

Кажущаяся деформация, вызванная изменением температуры в несколько градусов в окрестности уровня 24°С, достаточно мала [менее 0,5 мкм/(м×°С)]. Однако при существенных изменениях температуры кажущаяся деформация становится значительной, что требует соответствующей коррекции. С этой целью осуществляют измерения температуры вблизи датчика и используют зависимость кажущейся деформации от температуры, аналогичную графику на рисунке 3.10. [7]

3.3.3 Влияние соединительных проводов

На исследуемых объектах больших размеров длина соединительных проводов от датчика до измерительного устройства может быть значительной (рисунок 3.11).

С соединительными проводами могут быть связаны две проблемы – снижение уровня сигнала и температурная чувствительность.

Уменьшение уровня сигнала происходит потому, что снижается изменение относительного сопротивления плеча моста Здесь предполагается, что оба соединительных провода ab и cd линии связи имеют одно и то же ^{сопротивление R}L ^{. В качестве соединительных используют медные много}жильные провода сечением 0,1…0,75 мм². Чтобы снижение уровня сигнала ^{было меньше 1%, отношение R}L ^{/ R}1 ^{не должно превышать 0,005. Для датчика сопротивлением 100 Ом R}L ^{должно быть меньше 0,5 Ом. Таким сопротивле}нием обладает медный провод сечением 0,2 мм² и длиною около шести метров.

Рисунок 3.11 – Схема с протяженной линией соединительных проводов в одном плече измерительного моста

С повышением температуры удельное сопротивление большинства металлов увеличивается. В связи с этим изменение температуры на величину Т приведет к изменению сопротивления соединительного провода:

(3.5)

К примеру, соединительный медный провод сечением 0,2 мм² и длиною шесть метров при изменении температуры Т на один градус изменит свое сопротивление на величину:

(3.6)

где – удельное сопротивление меди при 20 ;

– температурный коэффициент электрического сопротивления меди.

Представим реакцию измерительного моста на температурное изменение сопротивления соединительных проводов в виде кажущейся деформации. Допустим, используется датчик с номинальным сопротивлением 100 Ом и коэффициентом тензочувствительности 2. Тогда для линии из двух проводов получим:

(3.7)

Очевидно, следует избегать применения длинных соединительных проводов малого сечения. Изменение сопротивления соединительных проводников (цепей питания датчика) от температуры приводит к изменению чувствительности схемы, что требует проведения повторных калибровок канала измерений. [7]

Характеристики

Список файлов ВКР