Принципы конструирования датчиков

Для получения необходимых метрологических характеристик тензометрических датчиков следует соблюдать следующие принципы конструирования;

1. – целостности конструкции;

2. – интегрирования поля напряжений;

3. – симметрии;

4. – оптимальных конструктивных границ;

Первый принцип требует, чтобы датчик представлял собой один кусок металла. Каждое место раздела ухудшает метрологические характеристики. Если нельзя избежать соединений, например, по технологическим причинам, то их влияние можно уменьшить путем:

- максимального удаления от места размещения чувствительных элементов на упругом элементе (принцип Сен-Ванана).

- размещение раздела на местах наименьших деформаций (утолщение)

- согласование свойств сопряженных частей (малая разница между поперечными сечениями и соответственно постоянными упругостей).

Исходя из сказанного необходимо все детали датчика фиксировать относительно друг друга, чтобы не допустить перемещений и соответственно дополнительных погрешностей.

На рисунке показан пример рекомендаций, вытекающих из целостности при конструировании тензорезисторного датчика силы.

Второй принцип предполагает то, что площадь поперечного сечения преобразователя должна быть минимально ограниченной, тогда об измеряемой силе можно будет составить правильное суждение. Т.е., определять усилия, посредством изменения деформаций по всей площади поперечного сечения, а лучше по всему объему. Отсюда вытекает Принцип интегрирования поля напряжений.

С этой целью используют мнимое и действительное интегрирование, которые можно комбинировать.

При мнимом интегрировании обо всем поле напряжений судят по одной точке и предполагают, что распределение напряжений в нем не зависит от точки приложения силы.

Мнимое интегрирование обеспечивают:

- удалением силовоспринимающих поверхностей от области расположения чувствительного элемента;

- ограничением области возможных точек приложения силы;

- симметрией элементов датчика.

Действительное интегрирование имеет место в случае, когда о всем поле напряжений, а следовательно, о об измеряемой силе, вызвавшей это поле, судят по состоянию многих точек, причем это состояние отображается электрическими величинами. Благодаря суммирующему устройству из отдельных величин составляется интегральный выходной сигнал.

Конструктивными решениями, обеспечивающими действительное интегрирование, являются:

- размещение чувствительных элементов по возможности на большей поверхности преобразователя;

- размещение чувствительных элементов по всему объему преобразователя;

- применение непрерывно-распределенного чувствительного элемента;

Принцип симметрии предусматривает симметричное состояние всех свойств датчика при воздействии паразитных нагрузок. Датчик силы имеет хорошие метрологические свойства, если при воздействии измеряемой силы его состояние становится максимально несимметричным: отключение от ненагруженного состояния является мерой действующей силы при прочих равных условиях.

Различают симметрии трех родов:

- первого рода обеспечивает неизменность нулевой точки (выход =0) при воздействии паразитных усилий, тепловых воздействий и т.д.

- симметрия второго рода обеспечивает нечувствительность к паразитным нагрузкам, т.е. свойства датчика изменяются симметрично

- симметрия третьего рода обеспечивает симметрию свойств датчика при изменении точки приложения силы.

Принцип оптимальных конструктивных границ. Для каждой принципиальной конструктивной схемы существует верхняя и нижняя границы реализуемых оптимальных значений измеряемой силы. Выходить за эти границы при создании однородного ряда типоразмеров датчиков нецелесообразно. В этом случае нужно принимать новую конструктивную схему. Изменение конструктивной схемы необходимо:

- при возрастании погрешностей выше приемлемого значения;

- при появлении нежелательных параметров, например, большого измерительного хода;

- по технологическим причинам;

Дата добавления: 2014-01-15