LCT_MES5 (552037), страница 3

Файл №552037 LCT_MES5 (Теоретическая механика лекции из МАИ (ворд)) 3 страницаLCT_MES5 (552037) страница 32015-11-14СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Поскольку все слагаемые в правой части линейно зависят от относительной деформации e = Dl /l, получим, что относительное изменение сопротивления тензорезистора пропорционально его деформации:

,

где - коэффициент тензочувствительности, его значение для разных мате-

риалов лежит в пределах , поскольку у различных материалов зависимости от деформации удельного сопротивления различаются.

Проволочные тензорезисторы изготавливаются из тонкой проволоки толщиной 10 ¸ 20 мкм и наклеиваются на тонкую бумажную подложку (рис. 59). К объекту тензорезистор на подложке приклеивается высококачественным неэластичным клеем с тем, чтобы деформация объекта передавалась на тензорезистор полностью. Ориентируется тензорезистор строго по тому направлению, в котором необходимо измерить деформацию. База тензорезистора может иметь размеры от 5 мм до 20 мм. Сопротивление недеформированного тензорезистора от 40 Ом до 800 Ом.. Свойства материалов, из которых делаются проволочные тензорезисторы, представлены в таблице 5.

Таблица 5

Характеристики некоторых материалов тензорезисторов

Материал

Коэффициент тензочувствительности

Температурный

диапазон °C

Критическая

температура

Константан (45%Ni+55%Cu)

2.0

-270 ¸ 260

315 °C

Манганин

2.0

-270 ¸ 180

180 °С

Нихром (80%Ni+20%Cr)

2.0

до 400

450 °С

Платина-вольфрам

2.7 ¸ 3.3

до 550

-

Фольговые тензорезисторы изготавливаются из фольги, прокатанной из тех же материалов и обладают такими же характеристиками. Они изготавливаются фотоспособом. На фольгу наносится фоточувствительный слой, на этот слой проектируется изображение тензорезистора, затем незасвеченные участки вытравляются. В результате конфигурация фольговых тензорезисторов может быть достаточно сложной, а их база - довольно мелкой: до 0.8 мм.

Так же, как и проволочные тензорезисторы, фольговые устанавливаются на объект с помощью клея. В тех случаях, когда необходимо измерять деформацию объектов при высоких температурах, тензорезисторы к ним привариваются.

Пределы измерения относительных деформаций с помощью проволочных и фольговых тензорезисторов сверху ограничиваются пределами упругих деформаций металлов, то есть 1%. При коэффициенте тензочувствительности и начальном сопротивлении недеформированного тензорезистора, равном 100 Ом пределы изменения сопротивления при полной деформации составит всего 1 Ом, и каждое значение этого изменения необходимо измерять с относительной погрешностью (1 ¸ 2)%, что в абсолютном выражении составит величины (0.02 ¸ 0.04) Ом. По отношению к полному сопротивлению тензорезистора в относительных единицах точность измерения сопротивления окажется уже (0.02 ¸ 0.04)%.

В связи с этим остро встает вопрос о точном определении коэффициента тензочувствительности и собственного сопротивления тензорезистора при его выпуске из производства. И если точное измерение сопротивления труда не составляет, то для точного измерения коэффициента тензочувствительности необходимо приклеить тензорезистор к образцовому объекту (например, к образцовой балке) так же хорошо, как и затем к объекту. Поэтому испытанный объект к дальнейшему применению пригоден не будет. Указанная причина заставляет выполнять метрологические испытания тензорезисторов выборочно на отдельных представителях партии тензорезисторов, изготовленных при одинаковых технологических условиях. Это единственное средство измерений, которое подвергается выборочным метрологическим испытаниям с разрушением.

Понятно, что по результатам таких выборочных испытаний необходимо приписать всем тензорезисторам партии полученное значение коэффициента и характеристики разброса значений индивидуальных коэффициентов внутри партии. Эта операция выполняется статистическими методами, описанными в Лабораторном практикуме [11].

Указанный разброс коэффициента тензочувствительности проволочных и фольговых тензорезисторов является одной из основных причин погрешности измерения деформации.

Как мы видим, одного тензорезистора явно недостаточно для измерения деформации объекта. Необходимо преобразовать незначительное изменение его сопротивления, вызванное деформацией, в значимый сигнал напряжения или тока, который был бы пропорционален измеряемой величине, и при отсутствии деформации так же был бы равен 0. Для этого применяются мостовые схемы, которые уравновешиваются при отсутствии деформации.

В зависимости от доступности поверхностей объекта схемы включения тензорезисторов именуются "четверть моста", "половина моста" и "целый мост". Эти схемы представлены на рис. 60 а, 60 б, 60 в соответственно. На этих схемах принято, что сопротивления всех плеч моста, в том числе, сопротивления недеформированных тензорезисторов равны R. Напряжение питания моста . Выходное напряжение, вызванное деформацией тензорезисторов, возникает в измерительной диагонали и обозначено через .

Схема "четверть моста" применяется в тех случаях, когда доступной является только одна сторона объекта, например, внешняя поверхность крыла самолета при его испытаниях на прочность, внутренняя поверхность корпуса судна, наружная поверхность котла.

Тогда в заданное место на поверхность объекта наклеивается только один тензорезистор (рис. 60 г), сопротивление которого при показанной относительной деформации e увеличивается, то есть . Считая входное сопротивление усилителя , получим выражение для напряжения в диагонали данного неравновесного моста, вызванное деформацией:

.

Мы видим, что выходное напряжение неравновесного моста зависит от напряжения питания, и что зависимость выходного сигнала от относительной деформации нелинейна. При и при максимальной относительной деформации погрешность от нелинейности составит 0.5%.

В тех случаях, когда объект деформируется строго в одном направлении, для компенсации погрешности от температуры перпендикулярно к тензорезистору наклеивают компенсирующий тензорезистор , как это показано на рис. 60 г. Этот тензорезистор включают в мост по схеме "половина моста", показанной на рис. 60 б, но поскольку он практически не воспринимает деформацию объекта, выражение для выходного напряжения остается прежним, действительным для схемы "четверть моста".

Если объект подвергается изгибу, и обе его поверхности доступны, то тензорезисторы приклеивают на обе противоположные поверхности так, чтобы тензорезисторы испытывали деформации, равные по величине, но противоположные по направлению (рис. 60 д). Тогда при относительной деформации e, вызванной силой F, сопротивление тензорезистора будет увеличиваться , а сопротивление тензорезистора будет уменьшаться . Тогда зависимость выходного напряжения моста от деформации будет линейной, а чувствительность схемы к деформации повысится в два раза:

.

Еще большего повышения чувствительности можно добиться, если объект предоставляет возможность использовать тензорезисторы во всех четырех плечах моста (рис. 60 в и 60 е):

.

При использовании проволочных или фольговых тензорезисторов для измерения деформаций объектов возникают погрешности, обусловленные следующими причинами:

разбросом коэффициентов тензочувствительности тензорезисторов,

нагреванием тензорезисторов протекающим через них током,

различием коэффициентов теплового расширения материалов тензорезистора и объекта, из-за чего тензорезистор испытывает деформацию даже при недеформированном объекте,

термоЭДС, возникающая в месте соединения проволоки тензорезистора с подводящими медными проводами,

эластичностью клея,

неверной ориентацией тензорезистора по направлению деформации,

нестабильностью напряжения питания моста,

дрейфом нуля усилителя постоянного тока и его тепловыми шумами.

Некоторые из перечисленных погрешностей удается скорректировать. О коррекции некоторых температурных погрешностей речь шла выше. Эта коррекция достигается приклеиванием на объект дополнительного тензорезистора перпендикулярно основному. Погрешности от нагревания собственным током можно уменьшить, уменьшая этот ток, но при этом снижается чувствительность моста. Компромисс здесь достигается при импульсном питании моста. Моменты измерения выходного напряжения моста синхронизируются с моментами подачи импульсов питания. За счет этого увеличивают амплитудное значение напряжения питания и тем самым увеличивается чувствительность, но при этом уменьшается действующее значение этого напряжения, и тензорезисторы нагреваются гораздо меньше. В то же время при таком питании для усиления напряжения в измерительной диагонали моста применяется усилитель переменного напряжения, у которого дрейф отсутствует. Если к тому же на вход усилителя поставить фильтр, не пропускающий напряжение на частотах ниже частоты питания моста, то таким образом могут быть отфильтрованы помехи. Частота питающих импульсов выбирается в пределах (10 ¸ 30) кГц.

Тензоэффект в полупроводниковых тензорезисторах возникает за счет того, что при их деформации изменяется удельное сопротивление r, коэффициент тензочувствительности при этом достигает 80. Но с другой стороны, предел допускаемых упругих деформаций полупроводникового тензорезистора ограничен значением 0.1%, что в десять раз меньше, чем у проволочных или фольговых тензорезисторов. В связи с этим, а также из-за трудностей установки полупроводниковых тензорезисторов на объект они не используются для собственно измерения деформаций. Полупроводниковые тензорезисторы применяются только в составе датчиков других физических величин, таких как сила, давление, ускорение. Они изготавливаются по полупроводниковой технологии, имеют очень малые размеры, большое сопротивление, сложную конфигурацию и изготавливаются либо на эластичной подложке, либо их подложка является упругим элементом датчика.

Технология изготовления полупроводниковых тензорезисторов, которые являются единым целым с подложкой, обеспечивает либо коррекцию, либо полное отсутствие некоторых погрешностей, таких как погрешность от неверной ориентации, погрешность от различия коэффициентов теплового расширения материала подложки и тензорезистора, погрешность от некачественного приклеивания. Кроме того, поскольку эти тензорезисторы входят в состав датчиков, они подвергаются не выборочным, а сплошным метрологическим испытаниям в составе датчиков, оснащенных средствами индивидуальной регулировки. В результате резко уменьшается погрешность от разброса значений коэффициентов тензочувствительности. Единственным недостатком полупроводниковых тензорезисторов является их невысокая термостойкость, что не позволяет их использовать при температурах выше (100 ¸ 200)°С.

Характеристики

Тип файла
Документ
Размер
671,5 Kb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов лекций

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6417
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее