СОДЕРЖАНИЕ (1231068), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Ксожалению,добитьсяполнойтемпературнойкомпенсациившироком диапазонетемпературнеудаетсяиз-занелинейныхчленов,которыхнетв уравнении(3.4).Типичныетемпературно-компенсированныедатчикиобнаруживаютприсутствиекажущейсядеформации,изменяющейсястемпературой так,какпоказанонарис.3.10.

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

Кажущаясядеформация,вызваннаяизменениемтемпературывнесколько градусоввокрестностиуровня24°С,достаточномала[менее0,5мкм/(м×°С)]. Однакоприсущественныхизмененияхтемпературыкажущаясядеформация становитсязначительной,чтотребуетсоответствующейкоррекции. Сэтойцельюосуществляютизмерениятемпературывблизидатчикаииспользуютзависимостькажущейсядеформацииоттемпературы,аналогичную графикунарисунке 3.10. [7]

3.3.3Влияниесоединительныхпроводов

Наисследуемыхобъектахбольшихразмеровдлинасоединительныхпроводовотдатчикадоизмерительногоустройстваможетбытьзначительной (рисунок3.11).

Ссоединительнымипроводамимогутбытьсвязаныдве проблемы–снижениеуровнясигналаитемпературнаячувствительность.

Уменьшениеуровнясигналапроисходитпотому,чтоснижаетсяизменение относительногосопротивленияплечамоста Здесь предполагается, что оба соединительных провода ab и cd линиисвязиимеютодноито же сопротивлениеRL.Вкачествесоединительныхиспользуютмедныемногожильныепроводасечением0,1…0,75мм2.Чтобыснижениеуровнясигнала быломеньше1%,отношениеRL/R1недолжнопревышать0,005.Длядатчика сопротивлением100ОмRLдолжнобытьменьше0,5Ом.Такимсопротивлениемобладаетмедныйпроводсечением0,2мм2идлиноюоколошестиметров.

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

Сповышениемтемпературыудельноесопротивлениебольшинстваметалловувеличивается.ВсвязисэтимизменениетемпературынавеличинуТприведеткизменениюсопротивлениясоединительногопровода:

(3.5)

Кпримеру,соединительныймедныйпроводсечением0,2мм2идлиною шестьметровприизменениитемпературыТнаодинградусизменитсвое сопротивлениенавеличину:

(3.6)

где – удельное сопротивление меди при 20 ℃;

– температурный коэффициент электрического сопротивления меди.

Представимреакциюизмерительногомостанатемпературноеизменение сопротивлениясоединительныхпроводовввидекажущейсядеформации.Допустим,используетсядатчиксноминальнымсопротивлением100Омикоэффициентомтензочувствительности2.Тогдадлялиниииздвухпроводовполучим:

(3.7)

Очевидно,следуетизбегатьприменениядлинныхсоединительныхпроводовмалогосечения.Изменениесопротивлениясоединительныхпроводников (цепейпитаниядатчика)оттемпературыприводиткизменениючувствительностисхемы,чтотребуетпроведенияповторныхкалибровокканалаизмерений. [7]

Этивыводысправедливывслучаепитанияизмерительногомостарегулируемымнапряжением.Еслимостпитаетсярегулируемымтоком,тоимеетместонезависимостьчувствительностиизмерительногоканалаотизменениясопротивлениясоединительныхпроводников,ноприэтом,какправило, тензометрическаяаппаратуранепозволяетпроизводитьбалансировкуизмерительногомоста.Вдальнейшембудемрассматриватьработуизмерительного мостаприпитанииегорегулируемымнапряжением.

Схема«Четвертьмоста»,двухпроводноеподключение.Этасхемаизображенанарисунке 3.11.Такоеподключениеявляетсянаиболеенадежнымиэкономичнымиз-замалогоколичествапроводов,но

можетбытьиспользованотольковслучае,когдаиспользуются

самотермокомпенсированныедатчикии температураокружающейсредыпрактическинеизменяется.Еслижетемпературасредывпроцессеизмеренийнепостоянна,тотемпературноеизменение сопротивлениясоединительныхпроводоввоспринимаетсяизмерительным устройствомкакдеформацияиспытываемогообъекта. [7]

Схема«Четвертьмоста»,трехпроводноеподключение(рисунок 3.12).Это одинизсамыхширокораспространенныхвариантовсхемнойкомпенсации температурногоизменениясопротивлениясоединительныхпроводов.

Рисунок 3.12 – Четверть моста. «Трехпроводное подключение»

Соединительныелинии1и3выполняютидентичнымипроводамиодинаковойдлины.Посколькуэтилиниивключенывсмежныеплечиизмерительногомоста,тоизменениеихсопротивленияоттемпературынебудетотражаться нарезультатахизмерения.Линия2входитвдиагональпитаниямоста,что уменьшаетеѐтемпературноевлияниенарезультатыизмерений.

Чувствительностьизмерительногомостакизмеряемымдеформациямик кажущимсядеформациямотизменениятемпературыконструкцииисоединительныхпроводовможнооценитьспомощьютаблицысвойствизмерительногомоста(рисунок 3.12).

ВпервомстолбцетаблицыпоследовательноперечисляютсяплечиизмерительногомостаR1,R2,R3иR4(принятобходпочасовойстрелке).Каждая строкатаблицыотражаетсвойстваконкретногоплечамоста.

Второйстолбец(М)отражаетсвойствоизмерительногомостасуммировать измененияотносительногосопротивленияпротивоположныхплечмостаивычитатьизменениясопротивлениясмежныхплеч.

Третийстолбец(Д)отражаетотносительныйуровеньизмеряемойдеформациисучетомеѐзнакадлякаждогоплечаизмерительногомоста.Есливплечовключенопассивноесопротивлениеиликомпенсационныйдатчик,товсоответствующейстрокепроставляетсянуль.Вслучаесхемы«четвертьмоста»в строке,соответствующейактивномудатчику,проставляетсяплюсединица,ав остальныхстрокахстолбца–нули(включеныпассивныесопротивления). [7]

Болееподробноэтотвопросбудетрассмотренвдальнейшемнаконкретныхпримерах.

Четвертыйстолбец(К)позволяетоценитьчувствительностьмостактемпературнымдеформациямнагревасистемы«датчик–конструкция».Еслив плечовключенактивныйиликомпенсационныйтензорезистор–проставляем плюсединицу.Еслирезисторплечаизолированотвлияниятемпературыили находитсявнутриизмерительногоприбора–проставляемноль.Такжепроставляемнольвслучаеиспользованиясамотермокомпенсированныхдатчиков.

Пятымстолбцом(П)оцениваетсячувствительностьмостактемпературнымизменениямвсоединительныхлиниях.Приналичиисоединительного проводавплече–проставляемплюсединицувсоответствующейстрокепятогостолбца,иначе–ноль.

Приналичиитаблицыоценкачувствительностиизмерительногомостак измеряемымдеформациям,квлияниютемпературыпревращаетсявпростую арифметическуюпроцедуру.Расчетыпроизводятсяпопростымформулами вносятсявпоследнююстроку таблицы.

Оценкачувствительностимостакизмеряемымдеформациям:

(3.8)

где i – номер строки.

Длясхемырисунок3.12:

(3.9)

Оценкачувствительностимостаккажущейсядеформацииотнагревасистемы«датчик–конструкция»:

(3.10)

Оценкачувствительностимостакизменениюсопротивлениясоединительныхпроводовотнагрева:

(3.11)

Анализируяитоговыерезультатынижнейстрокитаблицы,делаемвывод: схема«четвертьмоста»стрехпроводнымподключениемдатчикаобладает обычнойдляодиночногодатчикачувствительностьюкизмеряемымдеформациям,чувствительнактемпературнымдеформациямсистемы«датчик–конструкция»инечувствительнактемпературномуизменениюсопротивлениясоединительныхпроводов. [7]

•Схема«полумост»,трехпроводноеподключение(рисунок 3.13).Обычновторойтензорезистор(R4)втакойсхемеявляетсякомпенсационнымдатчиком,т.е. датчиком,наклееннымнаненагруженныйобразец,изготовленныйизтакогоже материалаинаходящийсявтакихжетемпературныхусловиях,чтоиматериал исследуемойконструкций.

Рисунок 3.13 – Схема «Полумост» с трехпроводным подключением датчиков

Каквидноизтабл.рисунок 3.13,такаясхемаобладаеттемидостоинствами,что исключаеттемпературныепогрешностиотнагреваконструкцииисоединительныхпроводов,нотребуетдополнительнойкалибровкиканалаизмерений из-затемпературногоизменениясопротивлениясоединительныхлинийцепи питаниядатчиков. [7]

Схема«полумост»,пятипроводноеподключение(рисунок 3.14).

Какследуетизформулы(6.3),напряжениенавыходемостаΔUзависитот напряженияпитаниямостаU.

Рисунок 3.14 – Схема «Полумост» с пятипроводным подключением датчиков

Врассматриваемойсхеме,вотличиеотпредыдущей,напряжениепитания мостаUконтролируетсяаналого-цифровымпреобразователем(АЦП).Далее предусматриваетсявведениепрограммнымобразомпоправкинаколебания напряженияпитания.Такаясхемаобеспечиваетнадежные,высокоточныеиз мерениявусловияхизменяющейсятемпературы. [7]

Схема«полныймост»,четырехпроводноеподключениедатчиков(рисунок 3.15).Вэтомслучаеизмерительныймостневосприимчивктемпературнымизменениямвдатчиках,наклеенныхнадеталь,иктемпературномуизменению сопротивлениясоединительныхпроводовприусловии,чтовсепроводныелинииидентичны.

Рисунок 3.15 – Полный мост. Четырехпроводное подключение

Схемашестипроводногоподключениякизмерительномумостуотличается отпредыдущейбольшейточностьюизмерений,таккаквведенацепочкаизмерениянапряженияпитаниямостасиспользованиемАЦП.

3.4Тарировкатензометрическойаппаратуры

Тарировка(градуировка)позволяетустановитьчувствительностьтензометрическойсистемыкизмеряемойвеличине,проверитьработусистемыво всемдиапазонеизменениявходнойвеличины.

Тарировкаосуществляетсяследующимобразом:навходизмерительной системы(рисунок3.16,б)подаютзаранееизвестныезначенияизмеряемойвеличины, например,деформации,анавыходефиксируютреакциюсистемынаэтивоздействия. [7]

Источникомэталоннойдеформациичащевсегослужаттарировочныебалкиконсольноготипа(рисунок3.16,а)илинадвухопорах.Ихизготавливаютизвысокопрочныхматериалов,отличающихсявысокимиупругимисвойствамии линейностьюхарактеристикидеформированиядодеформацийнеменее0,3%.Если,например,используетсябалкапостоянногопоперечногосечения,толегкоподсчитатьуровеньдеформациивточкерасположенияцентрачувствительнойрешеткитензорезистора:

(3.12)

НеобходимознатьсдостаточнойстепеньюточностизначениемодуляупругостиЕматериалабалки.Тензорезисторынабалкеинаисследуемомобъектедолжныбытьизоднойпартии,т.е.иметьодинаковыйкоэффициенттензочувствительностиидругиехарактеристики. [7]

Рисунок 3.16 – Использование консольной балки для тарировки измерительной системы

Порезультатамтарировкистроитсяграфик(рисунок3.17),позволяющийсудить остепенилинейностиизмерительнойхарактеристикисистемывовсемдиапазонеизмененияизмеряемойдеформации. Следуетотметить,чтоизмерительныймост(количествовключенныхактивныхдатчиков,ихместовизмерительноммосте),атакжедлинасоединительныхпроводовиихсечениепритарировкедолжныбытьтакимиже,какив проводимомэксперименте.Отвеличинысопротивлениясоединительныхпроводовзависитчувствительностьизмерительногомостакдеформациям.Описаннаятарировканоситназваниемеханической.Онапроводитсявначалеэкспериментовиявляетсядостаточнотрудоемкой.[7]

Рисунок 3.17 – Тарировочный график

Вдополнениекмеханическойтарировкенапрактике широкоприменяютменее трудоемкуютакназываемую электротарировку.Приэлектротарировкеизменениеотносительногосопротивления плечаизмерительногомоста, вызванноедеформированием тензорезистора,заменяют шунтированиемтензодатчика высокоомнымэталоннымрезистором(рисунок3.18,а).Используяразличныеэталонныерезисторы,можнобыстроимитироватьстандартныедеформации100,200,500,1000и 2000мкм/м.

Рисунок 3.18 – Варианты схем электротарировки

Аппаратноболееудобношунтироватьнеактивныйтензодатчик,апассивныйрезистор,напримерR2(рисунок3.18,б),ноприэтомнебудетучитываться влияниесопротивлениясоединительныхпроводов.ПослетарировкитензодатчикадальнейшаяежедневнаятарировкаможетпроизводитьсяпутемшунтированиярезистораR2,посколькусопротивлениесоединительныхпроводовне изменяется.Современнаятензометрическаяаппаратурапозволяетпроводить электротарировкупрограммновпроцессеосновныхизмерений. [7]

Дляподдержанияпостояннойчувствительностиизмерительнойсистемык измеряемойвеличинепроводяткалибровкуканалов.Вотличиеотэлектротарировки,прикалибровкепослеподачиэталонногосигналанавходизмерительногоканаланавыходеустанавливаютопределенныйуровеньвыходного сигнала,изменяякоэффициентусилениясистемы.

3.5 Устройство цифрового ввода/вывода NIUSB-6009

Сбор данных с разработанной установки производится с помощью устройства сбора данных NationalInstrumentsUSB-6009.

Устройство сбора данных NIUSB-6009, представленный на рисунке 3.19 связывается с персональным компьютером посредством интерфейса USBи 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 NIUSB-6009

Таблица 3.2 – Характеристики NI USB-6009

Характеристика USB-6009

Разрешение при аналоговом вводе 14 бит (дифференциальное подключение)

13 бит (подключение с общим проводом)

Максимальная частота дискретизации 48 кГц

Максимальная частота дискретизации (несколько каналов) 42 кГц

Конфигурация цифрового ввода/вывода Открытый коллектор или активное управление

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

Рисунок 3.20 – Измерение в программной среде LabView. Пластина в состоянии покоя

Характеристики

Список файлов ВКР