Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Одной из оценок этого свойства является добротность, характеризующая механические потери в совмещенном ЧЭ. Применительно к генераторному преобразователю добротность О = Л~/До, где ф — ширина резонансной кривой на уровне убывания амплитуды в «Г2 раз от резонансной Д.Добротность О связана с декрементом затухания о соотношением О = ~т/Ь и для пьезоэлектрических совмещенных ЧЭ лежит в диапазоне 3.10 ...1 10, Совмещенный ЧЭ изготавливают из природных, пьезокерамических и полимерных материалов типа поливипилфторида, обладающих матрицей 0 с пятью ненулевыми элементами.
В отличие от природных пьезоксрамические материалы ~~ею~ значительно более высокие пьезомодуль д" и Ц диэлектрическую проницаемость е„~меньше влияние паразитных емкостей), но худшие упругие свойства и более высокую температурную чувствительность. Модуль упругости Е пьезокегамических материалов лежит в пределах 65...130 ГПа.
Все материалы обладают пьезоэлектрическими свойствами лишь в определенном температурном диапазоне, граница которого определяется точкой Кюри. Для кварца ей соответствует температура 570 С, для пьезокерамиче- 0 ских материалов она значителыю ниже, например, 290 С для титаната свинца.
Кроме того„кварц обладает рядом других достоинств: его прочность на сжатие достигает ц = 4 П1а, функция преобразования линсйна (практически без. гистсрезиса), постоянная времени релаксации заряда составляет несколько часов. Сравнительная характеристика некоторых пьезоэлектрических ЧЭ приведена в табл, 2.7. Тпблици 2.7 Основные параметры пьезоэлектрических ЧЭ Пьезоэлектрические первичные преобразователи широко ~~~о~~зуют в аксслерометрах, датчиках переменной силы и давления, устройствах приема 70 2.2.
Измерительные схемы датчиков и генерации звуковых колебаний. Частотный диапазон измерений составляет 10 ...1О Гц. Итак, мы рассмотрели основные типы ЧЭ, которые преобразуют изменение измеряемой всличины в изменение какого-либо собственного параметра сопротивления, индуктивности, заряда или другие разнородные характеристики (часто их объединяют термином и ииеданс). Однако, согласно требованиям унификации, выходной сигнал (обычно напряжение или ток) должен иметь стандартную форму и установленный диапазон.
В целях получения унифицированного датчика (трансмиттера) отдельные преобразователи включают в различные измерительные цепи, состоящие из суммирующих схем и усилителей. и импсдапса Ед ЧЭ, связанные с измснсниями измеряемой всличибьпь преобразованы в электрический сигнал путем включения ЧЭ ьную схему, питаемую от источника ЭДС Й или тока 1.
Измеримы, или схемы формирования сигналов, предназначены для преинформации, полученной ЧЭ в процессе измерения, в параметры ого сигнала (в форме вариации амплитуды, фазы или частоты). е распространены два типа измерительных схем датчиков: пара- и гснераторные. В первом случае функция преобразования изи схемы описывается выражением вида ~вых(х) =~~(~д ~с) ОЗ,ы„(х) = С(У~, 2,' ). игнала. омстричсскую схему в измерительных цепях датчиков используют сто. В этой схеме ЧЭ включают последовательно с дополнительтом, образуя делитель напряжения. Основное достоинство потенкой схемы — ее простота, основной недостаток — чувствительшним помехам.
В мостовой схеме„являющейся модификацией етричсской и содержащей два дифференциально включенных делия сущссгвенно снизить влияние внешних факторов. тельность датчика Яд в параметрических схемах определяется 71 Вариаци ны х, могут в измеритсл тельные схе образования электричсск Наиболе метрические мерительно" во втором— Ф~,"~,' Здесь У~в Ф",-:;.-",;::-:-' Выходного с наиболее ча ным элемен циометричсс -ность к вне потенциом теля, удаетс Чувстви ;'!.;-':;:,::::: выражением 2.2.
Измерительные схемы датчиков 2.2.1. Общие сведения собственный импеданс измерительной схемы;озвы„— частота ~д =~~вых~~ =(~~вых~~д)(~д~~х)=~с~чэ 2. Элемснгггы икформациоггггых систел~ где Лань,„/ЛУд = 5 — чувствительность измерительной схемы; ЛУд/Лх = = 5„— чувствительность ЧЭ. В генераторной схеме вариации импеданса ЧЭ вызывают изменение частоты генерации выходного сигнала, который в этом случае является частотно-модулированпым. Такая схема обеспечивает хорошую защиту от помех, особенно при использования длинных линий связи. Чувствительность генераторной схемы 5 = Да„ы„/ЙЛд.
Следовательно, 5д =~-'«овых~~ =5с5чэ Функция преобразования датчика будет липейна, если чувствительность измерительной схемы 5 не зависит от к. 2.2.2. Параметрические схемы датчиков В парамегггрических схемах осуществляется преобразование импеданса ЧЭ или группы ЧЭ в электрический сигнал в форме напряжения или тока. Схсма может состоять исключительно из ЧЭ или вкщочать наряду с ними дополнительные элементы, коррсктирующис ее функцию преобразования. Наибольшее применение нашли потенциометрические и мостовые измерительные схемы. Рассмотрим гготелггиолгеогрическуго схему с резистивными элементами.
Г1усть ЧЭ, сопротивление которого К„,.включен последовательно с резистором постоянного сопротивления К~, а питание осуществляется от источника ЭДС Й с внутренним сопротивлением К (рис. 2.11, а). Выходное напряжение схемы У,ы„, измеряемое прибором с собственным сопротивлением Н„(измерительный усилитель, вольтметр), равно Общепринятым требованием при построении измерительных схем является условие К„>> Кгг, При этом напряжение У„,„не зависит от нагрузки и является нелинейной функцией от Вд.
и =Е Н ных В большинстве случаен требуется, чтобы вариации напряжения 0„,„„ были пропорциональны вариациям сопротивления йд ЧЭ. Линеаризация по.- тснциометрических схем достигается двумя основными способами: работой в линейной зоне характеристики и дифференциальным включснисм ЧЭ. 2.2. Измерительные схемы оатчиков Работа .в линсйпой зоне предполагает, что сопротивление ЧЭ меняется от Идо до (Ядо+ ~Жд), вызывая изменение выходного напряжения от ~4ыхО до (~УвыхО+ М "вых). ОпУскаЯ пРомсжУточные выклалки, запишем Ядо+ ДЛд ~выхО + Деевых = ~ Фдо+ Ж+ ~)П+ Д~д ~ада+%+ ~)1 При Дйд << АдО+ Н1+Вс точностью до величин второго порядка малости имеем (Н+ Я~)~Ид Деевых 2' (~дО+ ~1+ ~) Чувствительность измсрительной схемы 5 = Дб'вы„ /ЬЛд максимальна, если Р+ Я~ — — НдО, в этом случае функция преобразования будет равна Д~lвых ~ ДЛд /4_#_дО ~вых й 6 Рис.
2.11. К расчету функции преобразования потенцнометричсской схемы ~а) н потенциометрическая схема с дифференциальным включением ЧЭ ® ренциальнос включение образуется при замене постоянного соя Н~ вторым ЧЭ„идентичным используемому, по с отрицательпсред ДЯд,т. с. Н~ = ЯдΠ— ЛАд. Тогда при включении этих ЧЭ дин другому получим так называемую двухтактную схему. Это например, два одинаковых тензорезистора, подвергающихся величине, но противоположным по знаку деформациям. Тогда 'Откуда функция преобразования ДЯд Д~ных 2~до+ ~ 7З противлсни имм знаком :;;;':-;:,;:'~;;:-'„':;-:;::::::: навстречу о :;;:;-';:-';;,=':;-';:,::::::,::,::: могут быть :;:,-::'~"-,:."';,'-..:::,,'..:..: равным по НдО + ДКд ~выхО + Деевых ~дО + ~Ж~ + ~ + ~дО Д~~д 2.2. Измерительные схемы датчиков Мостовая схема представляет собой двойной потенциометр с дифференциальным включением. Ее основное преимущество заключается в большей точности и меньшей чувствительности к влияющим факторам, чем у потепциомстрической схемы.
В зависимости от типа ЧЭ мостовыс схемы получили названия по фамилиям их создателей: мост Уитстона (рис. 2.12, а), мост Саути (рис. 2.12, б), мост Вина (рис. 2.12, в), мост Максвелла и др. Наиболее известна мостовая схема Уитстона. Во всех схемах нагрузка Нн включена в диагональ моста.
Мост !!входи!ся в равновесии, когда !гапряжения Уа — (У!„т. с. Ра!, — О (см. рнс, 2.12, а). Для этого необходимо выполнение равенства И!М4 — — Л2К3. Рис. 2Л2. Мостовые схемы: и — реаистнвная; б, в — комбинированные Условие равновесия зависит от сопротивлений плеч моста и не зависит от внутреннего сопротивления источника питания Н и сопротивления нагрузки Кн. Обычно внутреннее сопротивление источника мало Ф «Я!, В2, Р3, К4, Ь'„). В идеальном случае (Р = О) выражение для тока 1,.!, имеет вид ~2~3 ~! ~4 %1%4Ф2 + М+.~РЗЖ + М+ ~н Ж + ЮЖ + ~4) Если нагрузка (осциллограф, вольтметр или усилитель) имеет большое входное сопротивление (Кн:в Н!, Й2, К3, К4),то ~Р3 М4 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
