Диплом снаровкин (1231063), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Эти выводы справедливы в случае питания измерительного моста регулируемым напряжением. Если мост питается регулируемым током, то имеет место независимость чувствительности измерительного канала от изменения сопротивления соединительных проводников, но при этом, как правило, тензометрическая аппаратура не позволяет производить балансировку измерительного моста. В дальнейшем будем рассматривать работу измерительного моста при питании его регулируемым напряжением.

Схема «Четверть моста», двухпроводное подключение. Эта схема изображена на рисунке 3.11. Такое подключение является наиболее надежным и экономичным из-за малого количества проводов, но

может быть использовано только в случае, когда используются

самотермокомпенсированные датчики и температура окружающей среды практически не изменяется. Если же температура среды в процессе измерений непостоянна, то температурное изменение сопротивления соединительных проводов воспринимается измерительным устройством как деформация испытываемого объекта. [7]

Схема «Четверть моста», трехпроводное подключение (рисунок 3.12). Это один из самых широко распространенных вариантов схемной компенсации температурного изменения сопротивления соединительных проводов.

Рисунок 3.12 – Четверть моста. «Трехпроводное подключение»

Соединительные линии 1 и 3 выполняют идентичными проводами одинаковой длины. Поскольку эти линии включены в смежные плечи измерительного моста, то изменение их сопротивления от температуры не будет отражаться на результатах измерения. Линия 2 входит в диагональ питания моста, что уменьшает еѐ температурное влияние на результаты измерений.

Чувствительность измерительного моста к измеряемым деформациям и к кажущимся деформациям от изменения температуры конструкции и соединительных проводов можно оценить с помощью таблицы свойств измерительного моста (рисунок 3.12).

В первом столбце таблицы последовательно перечисляются плечи измерительного моста R1, R2, R3 и R4 (принят обход по часовой стрелке). Каждая строка таблицы отражает свойства конкретного плеча моста.

Второй столбец (М) отражает свойство измерительного моста суммировать изменения относительного сопротивления противоположных плеч моста и вычитать изменения сопротивления смежных плеч.

Третий столбец (Д) отражает относительный уровень измеряемой деформации с учетом еѐ знака для каждого плеча измерительного моста. Если в плечо включено пассивное сопротивление или компенсационный датчик, то в соответствующей строке проставляется нуль. В случае схемы «четверть моста» в строке, соответствующей активному датчику, проставляется плюс единица, а в остальных строках столбца – нули (включены пассивные сопротивления). [7]

Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в дальнейшем на конкретных примерах.

Четвертый столбец (К) позволяет оценить чувствительность моста к температурным деформациям нагрева системы «датчик – конструкция». Если в плечо включен активный или компенсационный тензорезистор – проставляем плюс единицу. Если резистор плеча изолирован от влияния температуры или находится внутри измерительного прибора – проставляем ноль. Также проставляем ноль в случае использования самотермокомпенсированных датчиков.

Пятым столбцом (П) оценивается чувствительность моста к температурным изменениям в соединительных линиях. При наличии соединительного провода в плече – проставляем плюс единицу в соответствующей строке пятого столбца, иначе – ноль.

При наличии таблицы оценка чувствительности измерительного моста к измеряемым деформациям, к влиянию температуры превращается в простую арифметическую процедуру. Расчеты производятся по простым формулам и вносятся в последнюю строку таблицы.

Оценка чувствительности моста к измеряемым деформациям:

(3.8)

где – номер строки.

Для схемы рисунок 3.12:

(3.9)

Оценка чувствительности моста к кажущейся деформации от нагрева системы «датчик – конструкция»:

(3.10)

Оценка чувствительности моста к изменению сопротивления соединительных проводов от нагрева:

(3.11)

Анализируя итоговые результаты нижней строки таблицы, делаем вывод: схема «четверть моста» с трехпроводным подключением датчика обладает обычной для одиночного датчика чувствительностью к измеряемым деформациям, чувствительна к температурным деформациям системы «датчик – конструкция» и нечувствительна к температурному изменению сопротивления соединительных проводов. [7]

• Схема «полумост», трехпроводное подключение (рисунок 3.13). Обычно второй тензорезистор (R4) в такой схеме является компенсационным датчиком, т.е. датчиком, наклеенным на ненагруженный образец, изготовленный из такого же материала и находящийся в таких же температурных условиях, что и материал исследуемой конструкций.

Рисунок 3.13 – Схема «Полумост» с трехпроводным подключением датчиков

Как видно из табл. рисунок 3.13, такая схема обладает теми достоинствами, что исключает температурные погрешности от нагрева конструкции и соединительных проводов, но требует дополнительной калибровки канала измерений из-за температурного изменения сопротивления соединительных линий цепи питания датчиков. [7]

Схема «полумост», пятипроводное подключение (рисунок 3.14).

Как следует из формулы (6.3), напряжение на выходе моста ΔU зависит от напряжения питания моста U.

Рисунок 3.14 – Схема «Полумост» с пятипроводным подключением датчиков

В рассматриваемой схеме, в отличие от предыдущей, напряжение питания моста U контролируется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Далее предусматривается введение программным образом поправки на колебания напряжения питания. Такая схема обеспечивает надежные, высокоточные из мерения в условиях изменяющейся температуры. [7]

Схема «полный мост», четырехпроводное подключение датчиков (рисунок 3.15). В этом случае измерительный мост не восприимчив к температурным изменениям в датчиках, наклеенных на деталь, и к температурному изменению сопротивления соединительных проводов при условии, что все проводные линии идентичны.

Рисунок 3.15 – Полный мост. Четырехпроводное подключение

Схема шестипроводного подключения к измерительному мосту отличается от предыдущей большей точностью измерений, так как введена цепочка измерения напряжения питания моста с использованием АЦП.

3.4 Тарировка тензометрической аппаратуры

Тарировка (градуировка) позволяет установить чувствительность тензометрической системы к измеряемой величине, проверить работу системы во всем диапазоне изменения входной величины.

Тарировка осуществляется следующим образом: на вход измерительной системы (рисунок 3.16, б) подают заранее известные значения измеряемой величины, например, деформации, а на выходе фиксируют реакцию системы на эти воздействия. [7]

Источником эталонной деформации чаще всего служат тарировочные балки консольного типа (рисунок 3.16, а) или на двух опорах. Их изготавливают из высокопрочных материалов, отличающихся высокими упругими свойствами и линейностью характеристики деформирования до деформаций не менее 0,3%. Если, например, используется балка постоянного поперечного сечения, то легко подсчитать уровень деформации в точке расположения центра чувствительной решетки тензорезистора:

(3.12)

Необходимо знать с достаточной степенью точности значение модуля упругости Е материала балки. Тензорезисторы на балке и на исследуемом объекте должны быть из одной партии, т.е. иметь одинаковый коэффициент тензочувствительности и другие характеристики. [7]

Рисунок 3.16 – Использование консольной балки для тарировки измерительной системы

По результатам тарировки строится график (рисунок 3.17), позволяющий судить о степени линейности измерительной характеристики системы во всем диапазоне изменения измеряемой деформации. Следует отметить, что измерительный мост (количество включенных активных датчиков, их место в измерительном мосте), а также длина соединительных проводов и их сечение при тарировке должны быть такими же, как и в проводимом эксперименте. От величины сопротивления соединительных проводов зависит чувствительность измерительного моста к деформациям. Описанная тарировка носит название механической. Она проводится вначале экспериментов и является достаточно трудоемкой. [7]

Рисунок 3.17 – Тарировочный график

В дополнение к механической тарировке на практике широко применяют менее трудоемкую так называемую электротарировку. При электротарировке изменение относительного сопротивления плеча измерительного моста, вызванное деформированием тензорезистора, заменяют шунтированием тензодатчика высокоомным эталонным резистором (рисунок 3.18, а). Используя различные эталонные резисторы, можно быстро имитировать стандартные деформации 100, 200, 500, 1000 и 2000 мкм/м.

Рисунок 3.18 – Варианты схем электротарировки

Аппаратно более удобно шунтировать не активный тензодатчик, а пассив^{ный резистор, например R}2 ^{(рисунок 3.18, б), но при этом не будет учитываться} влияние сопротивления соединительных проводов. После тарировки тензодатчика дальнейшая ежедневная тарировка может производиться путем шунтиро^{вания резистора R}2 ^{, поскольку сопротивление соединительных проводов не} изменяется. Современная тензометрическая аппаратура позволяет проводить электротарировку программно в процессе основных измерений. [7]

Для поддержания постоянной чувствительности измерительной системы к измеряемой величине проводят калибровку каналов. В отличие от электротарировки, при калибровке после подачи эталонного сигнала на вход измерительного канала на выходе устанавливают определенный уровень выходного сигнала, изменяя коэффициент усиления системы.

3.5 Устройство цифрового ввода/вывода NI USB-6009

Сбор данных с разработанной установки производится с помощью устройства сбора данных National Instruments USB-6009.

Устройство сбора данных NI USB-6009, представленный на рисунке 3.19 связывается с персональным компьютером посредством интерфейса USB и содержит 8 каналов ввода аналоговых сигналов (AI), 2 канала генерации аналоговых сигналов (AO), 12 каналов цифрового ввода/вывода (DIO) и 32 разрядный счетчик.

Рисунок 3.19 – Внешний вид устройства сбора данных NI USB-6009

Таблица 3.2 – Характеристики NI USB-6009

Данное устройство сбора информации позволяет собирать и усиливать сигналы, получаемые с тензодатчиков, управлять шаговым двигателем, а так же выводить полученую информацию в програмную среду National Instruments LabView. Информация полученая посредством устройства сбора данных представлена на рисунках 3.20-3.22. На рисунке 3.23 – Блок-диаграмма, разработанная в среде LabView для управления шаговым двигателем и снятия данных с тензодатчиков.

Характеристики

Список файлов ВКР