77931

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Лекция

Производство и промышленные технологии

Физически измеряются: деформации под действием силы и напряжения емкостными индуктивными пьезо и тензодатчиками. Основным недостатком ненаклеиваемых датчиков является разный теплоотвод от его элементов следовательно сильное влияние нагрева от измерительного тока что заставляет снижать токснижая чувствительность датчика. Удлинение датчика до 5 на бумажной или полиамидной основе и 0. Применяемый для крепления датчика клей существенно влияет на характеристики измерения за счет: деформации сдвига передающей деформация на резистор ...

Русский

2015-02-05

18 KB

1 чел.

Л.12 ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Измерение механических усилий в технике и технологии позволяют установить внешние давления на объекты и внутренние напряжения в них. Диапазон измерений соответствует напряжениям в материалах (до 200кГ/см2), силам в элементах конструкций (до 100 тс). Быстродействие датчиков должно обеспечивать измерение сигналов до 100 кГц и колебаний до 10 мГц.

Физически измеряются:

деформации под действием силы и напряжения (емкостными, индуктивными, пьезо- и тензодатчиками).

параметры и свойства преобразователей, меняющиеся под действием нагрузок.(электрическое и магнитное сопротив ление, резонансные частоты и т.д.)

изменение свойств самого объекта под действием нагрузок (скорость распространения колебаний, теплопроводность, показатель преломления и двойного лучепреломления, температуры и проводимости)

значение внешней нагрузки, уравновешивающей измеряемые напряжения

Измерение деформаций, выражающихся в изменении внешних размеров, достаточно подробно изложено предыдущих лекциях. Дополнительно рассмотрим применение тензорезисторов.

Принцип работы тензорезистора основан на том, что под действием нагрузок изменяется его длина, сечение и кристаллическая структура, что приводит к изменению электрического сопротивления, весьма эффективно измеряемого электрическими методами.

Эффективность тензорезистора измеряется коэффициентом тензочувствительности, как частной производной сопротивления по линейной деформации, нормированной по параметрам:

К = (dR / R) / (dL / L)

Исходя из изменений линейных размеров, для металлов следовало ожидать К в диапазоне 1.5...1.7, однако за счет деформации кристаллической решетки тензорезисторы имеют коэффициент не хуже 2...5, а полупроводниковые даже 50...200.

Основные характеристики металлов для тензодатчиков сведены в таблицу:

металл

Коэффициент К

удельное сопротивлен. Ом*мм2

температурный коэффициент 1/гр.

максимальная температура град.

максимальное напряжение кГс*мм2.

константан

2.0

0.44...0.52

5*10-9

400

45

манганин

1.9

0.43...0.45

25*10-9

400

50

нихром

2.2

1... 1.1

130*10-9

1000

80

платина

4.7

0.2

2.5*10-6

1300

20

Тензорезисторы могут быть трех разных типов:

- проволочные

- фольговые

- полупроводниковые

Проволочные тензодатчики обычно изготавливаются из проволоки диаметром до 0.02 мм. Они принципиально различаются на наклеиваемые и ненаклеиванмые. Наклеиваемые крепятся на листке бумаги, вместе с которым его клеят к поверхности. Они изготовляются индустриальными методами,имеют меньшую толщину и размеры что увеличивает чувствительность и выравнивает их температуру.

Ненаклеиваемые тензодатчики образуют пространственную конструкцию на перемещаемых рамках, обычно полный мост, содержащий,кроме измерительных,и компенсационные резисторы. Основным недостатком ненаклеиваемых датчиков является разный теплоотвод от его элементов, следовательно, сильное влияние нагрева от измерительного тока, что заставляет снижать ток,снижая чувствительность датчика.

Фольговые датчики изготавливают путем фотохимического травления отожженных (для снятия внутренних напряжений) или осажденных на промежуточный носитель фольг толщиной до 0.005мм.

Увеличением ширины на выводах и на поперечных участках существенно снижается поперечная чувствительность.

Удлинение датчика до 5% на бумажной или полиамидной основе и 0.5% на термостойкой металлокерамической.

Полупроводниковые тензодатчики изготавливаются из монокристалла кремния и имеют гораздо большую чувствительность за счет влияния деформации решетки. Эти же эффекты создают температурную зависимость, нелинейность и гистерезис. Для снижеия двух последних применяют диффузную модификацию кремниевой подложки.

Применяемый для крепления датчика клей существенно влияет на характеристики измерения за счет:

- деформации сдвига, передающей деформация на резистор

- термостойкости

- влагостойкости

- электрической изоляции датчика

Теплопроводность,теплоемкость,вносимая масса и упругость, как правило, значения не имеют ввиду малой толщины слоя.

Кроме крепления контактной сваркой датчиков на металлической основе (0.05 мм из металла с одинаковым температурным коэффициентом) применяются следующие клеи:

- нитроцеллюлозный клей - раствор нитроцеллюлозной пласт массы в кетонах (например ацетон).Застывает за 2...48

часов, работает при температуре от -70 до+80 градусов.

Без покрытия не влагостоек. Растворяется кетонами.

- циано-акриловые клеи (циакрин) имеет хорошую адгезию

и время затвердевания до 10 мин. Термостойкость от -70

до +620 градусов. Без покрытия не водостоек.

- эпоксидные смолы. Время твердения до 1 часа. Темпера турный диапазон - 250 +300 градусов. Химически и водо стоек.

- керамический цемент. Спекается при 320 градусах и работает в диапазоне от -273 до +600 градусов. Химостоек.

В результате различные типы измерение деформаций имеют следующие параметры:

тип датчика

размер датчика мм

полоса частот кГц

точн. %

стаб. %/год

возбуждение -

цена относ

ненаклеенный тензорезистор

10

0...10

0.25

0.5

пост/пер до 10 В

4

фольговый тензорезистор

1

0...10

0.25

0.5

пост/пер до 10 В

3

напыленный тензорезистор

0.5

0...10

0.25

0.25

пост/пер до 10 В

4

диффузный полупроводн. тензорезистор

0.2

0...10

0.25

0.25

постоянн. 10...30В

2

наклеиваемый полупроводн. тензорезистор

1

0...10

0.25

0.5

пост/пер до 10 В

1

потенциометрический

10

0...0.1

1

0.5

пост/пер

3

емкостной

5

0...1

0.5

0.05

переменн.

5

линейный дифференц. трансформ.

20

0...0.1

0.5

0.25

переменн

2

пьезоэлектр.

5

1...100

1

1

постоянн.

4

Сигнал тензодатчика получается при изменении сопротивления резистора. Для этого по резистору пропускают ток,который вместе с номиналом резистора образует выходное напряжение, часть которого изменяется при изменении деформации. Ток выделяет в резисторе мощность, которая греет резистор. От этого его сопротивление,а следовательно,и сигнал,меняется.Кроме того,сигнал зависит от величины тока, который зависит от балластного резистора и напряжения питания датчика. Сигнал весьма слаб, поэтому любые колебания напряжения питания после усиления опасны.

Наиболее радикальным методом борьбы с этим будет компенсация помех путем вычитания сигнала из сигнала с другого делителя от того же источника напряжения.Если значения резисторов в

каждом из делителей равны R1, R2 и R3, R4,то при питании Uп сигнал в диагонали моста (между выходами делителей) равен:

U = Uп * (R2/(R1+R2) - R4/(R3+R4))

Обычно R1 / R2 = R3 / R4, тогда при изменении R2 на dR

U = Uп * dR / (R1 + R2)

Для того, чтобы это условие, называемое балансом моста, выполнялось, делают так, чтобы изменение сопротивлений от мешающих факторов не приводило к разбалансу моста. Для этого сопротивления одного из делителей (одной диагонали) делают в виде таких же тензорезисторов, но один из них либо не зависит от измеряемых деформаций,либо имеет противоположную зависимость.

Аналогичные зависимости получаются при изменении любого из сопротивлений в сбалансированном мосте, причем при dR = 0 напряжение с выхода моста равно нулю и не зависит от напряжения питания моста. В ручном режиме оно меряется микроамперметром, в прочих случаях усиливается операционным усилителем. Чтобы исключить влияние его дрейфа,применяют питание моста переменным током с последующим детектированием синхронным детектором.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ:

Для всех четырех приемов измерения нагрузок предложите схемы измерения сварочных напряжений в остывающем шве.

Выберите тип тензодатчика для той же цели, поясните, какие параметры датчика существенны при выборе.

Сравните возможные схемы включения тензорезистора, обоснуйте выбор наилучшей для той же цели.

Для каждого типа тензорезистора укажите область его предпочтительного применения.

На основе расчета возможных деформаций при сварке и параметров тензодатчика оцените величину его сигнала и величину коэффициента усиления для получения стандартного сигнала амплитудой 10В.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Спектор С.А.Электрические измерения физических величин Методы измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1987.- с 189...213.

2. Мейздра Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пер. с англ.- М.: Мир, 1990,- с 55...85.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64813. Наукові основи моделювання процесів різання з використанням числових методів 762.5 KB
  Теорія різання спираючись головним чином на глибокі експериментальні дослідження досягла значних успіхів не тільки у розумінні процесів та явищ що відбуваються під час стружкоутворення на контактних поверхнях різального інструмента та в обробленій поверхні...
64814. ОРГАНІЗАЦІЯ ВИСОКОПРОДУКТИВНИХ ТА ЕКОНОМІЧНИХ ОБЧИСЛЮВАЧІВ ДЛЯ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ СИСТЕМ 1022.5 KB
  Вирішення численних науковотехнічних завдань розв’язання яких неможливе без використання високопродуктивних та економічних обчислювачів у зв’язку із підвищеними і специфічними вимогами до оброблення інформації. Такі завдання можна об'єднати в основні групи...
64815. ЛІКУВАННЯ УШКОДЖЕНЬ МІЖГОМІЛКОВОГО СИНДЕСМОЗУ ПРИ ТРАВМАХ ГОМІЛКОВОСТОПНОГО СУГЛОБА 441.5 KB
  Стандартною методикою оперативного лікування показання до якого розширюються з кожним роком повних розривів міжгомілкового синдесмозу є стабільний остеосинтез гомілкових кісток однимдвома шурупами уведеними з боку малогомілкової кістки у великогомілкову дистальне блокування.
64816. ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ КЕРУВАННЯ ЯКІСТЮ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ОПТИЧНИХ МАТЕРІАЛІВ ПРИ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВІЙ МІКРООБРОБЦІ 3.99 MB
  Вперше аналіз електроннопроменевого впливу на мікрорельєф поверхні і ПШ германію та кремнію представлено в роботах Г. Ващенком розвинені математичні моделі та вперше розроблені наукові основи керування параметрами стрічкового електронного потоку при обробці оптичного скла і оптичних керамік...
64817. Мінливість ознак рижію ярого та створення нового вихідного матеріалу методом хімічного мутагенезу 456 KB
  Важливою задачею при створенні нових сортів ярого рижію є вивчення колекційних зразків з метою визначення кращих із них для подальшої селекційної роботи. Тому селекційні дослідження спрямовані на вивчення мінливості ознак рижію ярого й визначення ефективності...
64818. ТЕХНОЛОГІЯ ВІДНОВЛЕННЯ КАНАЛІЗАЦІЙНИХ КОЛЕКТОРІВ З ВИКОРИСТАННЯМ КОНСТРУКЦІЙ ІЗ ШЛАКОВОГО ЛИТТЯ 3.18 MB
  Значна частина каналізаційних мереж України перебуває у передаварійному та аварійному стані і потребує термінового відновлювання. Через корозію абразивний знос розгерметизацію стикових з’єднань конструкції каналізаційних мереж передчасно руйнуються втрачаючи несучу здатність...
64819. ПАРАМЕТРИ ЗМІН ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СІРОГО ЛІСОВОГО ҐРУНТУ ПІД ВПЛИВОМ УДОБРЕННЯ КУЛЬТУР І ПІСЛЯДІЇ ВАПНУВАННЯ 237 KB
  Метою досліджень було встановити закономірності впливу післядії вапнування з використанням різних систем удобрення на родючість сірого лісового ґрунту а саме: фізикохімічні властивості процеси перетворення кальцію вмісту гумусу агрохімічні...
64820. Фізичні поля прийомних криволінійних акустичних антен з екранами 9.9 MB
  Криволінійні антенні решітки що утворені з кругових циліндричних п’єзокерамічних перетворювачів відносять до антен що знайшли найбільш широке застосування як у підводній електроакустичній апаратурі та пристроях так і в іншому обладнанні акустичної техніки.
64821. ФУНКЦІЯ НАДАННЯ ПОСЛУГ НАСЕЛЕННЮ ОРГАНАМИ ВНУТРІШНІХ СПРАВ УКРАЇНИ: ТЕОРЕТИКО-ПРАВОВИЙ АСПЕКТ 179 KB
  Вагоме місце в цьому переліку займає впровадження у повсякденну поліцейську практику функції надання послуг населенню. Мюнстер ФРН підкреслювалося що поліція має перетворитися на сервісну службу розвивати систему послуг для громадян.