КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Тензометрические преобразователи
В основе работы тензорезисторов лежит тензоэффект,заключающийся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации. Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности , определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника где — относительное изменение сопротивления про- водника; — относительное изменение длины проводника. Основными требованиями, предъявляемыми к материалу тензорезисторов, являются: высокий коэффициент тензочувствительности у, определяющий разрешающую способность преобразователя; высокое удельное электрическое сопротивление для упрощения построения измерительных цепей; низкий температурный коэффициент сопротивления (слабая зависимость сопротивления от температуры) в рабочем диапазоне температур; линейная зависимость сопротивления от деформации (стабильность у) в возможно более широком диапазоне деформаций; химическая стойкость к материалу, обеспечивающему крепеж датчика, стойкость к окислению и механическая прочность. При изготовлении тензорезисторов чаще других материалов применяют константан для обычных и нихром для высоких температур. Конструктивно тензорезистор (рис. 12, а) состоит из лаковой или бумажной подложки 2, на которой при помощи связующего (клея) укреплен чувствительный элемент 1, к нему присоединены выводные проводники 3. Чувствительный элемент представляет собой обычно проволочную (толщина проволоки составляет 0,02...0,05 мм) петлевую решетку или ленту из фольги толщиной 0,004...0,012 мм. Сверху чувствительный элемент защищен тонкой бумагой.
Существуют так называемые пленочные тензорезисторы, получаемые вакуумной возгонкой тензочувствительного материала (например, титаноалюминиевого сплава или полупроводников германия или кремния) и последующей конденсацией его на подложку. Важнейшим параметром чувствительного элемента, определяющим разрешающую способность датчика, является его длина (база) , составляющая обычно 5... 30 мм. Номинальное сопротивление тензодатчиков составляет 50...400 Ом, коэффициент тен-зочувствительности к = 2 ±0,2, номинальный рабочий ток 30 мА, максимально допустимые деформации не превышают ±0,3 %, габариты от Тензорезисторы применяются для определения относительной деформации и механического напряжения (где — модуль упругости) в элементах конструкции. Для этого датчики наклеиваются на поверхность элемента, элемент подвергается нагружению, возникающие деформации элемента передаются тензорезистору. Контроль за изменением его сопротивления по времени и несложный пересчет его в деформации, перемещения, напряжения и другие параметры позволяет сравнительно просто получать достоверную информацию о напряженно-деформированном состоянии локальных областей объекта. Текущее сопротивление тензорезистора определяется как его деформацией (естественной входной величиной) или , так и приращением, возникающим при изменении температуры: где — температурный коэффициент сопротивления; — температура, при которой проводилось уравновешивание измерительного моста. В случае, когда температурные коэффициенты линейного расширения тензорезистора и материала испытываемого объекта не совпадают, происходит деформация чувствительного элемента за счет неодинакового температурного расширения датчика и поверхности объекта: Во время эксперимента замеряется температура, по которой рассчитываются составляющие и систематической тем-
пературной погрешности, вычитаемые из полученного при замере значения R. Можно также контролировать изменение сопротивления тензорезистора, наклеенного на участке конструкции, имеющем ту же температуру, но не испытывающем деформаций. Показания этого тензодатчика будут содержать только систематическую температурную погрешность, которую нужно вычесть из показаний основного датчика. Особенностью тензорезисторов является их разовое использование. Поэтому перед испытаниями они подвергаются тарированию — деформированию и нагреву конструкции с наклеенными Рисунок 17.12 - Тензорезистор (а), схемы расположения тензорезисторов (б) и измерительной цепи (в) датчиками на известную величину, замеру изменения сопротивлений и точному расчету тензочувствительности и других параметров. В случае невозможности тарирования остается пользоваться паспортными данными на партию датчиков. Поэтому в последнее время все большие требования предъявляются к стабильности, воспроизводимости параметров датчиков внутри партии. В качестве измерительных цепей для тензопреобразователей, как правило, используются неравновесные мосты, рассмотренные ранее. Схема расположения тензорезисторов при измерении Деформаций изгиба пластины и схема измерительной цепи представлены на рис. 3.17, б, в. При невозможности предварительного тарирования измерительного прибора погрешность, обусловленная разбросом характеристик датчиков и качества их монтажа, составляет 1... 5 %, а общая погрешность измерительного прибора (включая погрешность усилителя и указателя) может достигать 10... 15 %. Градуировкой датчиков, контролем коэффициента усиления усилителя и контролем нуля указателя можно снизить погрешность измерения до 0,1... 0,2 % при статических и до 1... 1,5 % при динамических испытаниях. Достоинствами проволочных тензодатчиков являются: простота конструкции; безынерционность; линейная и симметричная при растяжении-сжатии (без гистерезиса) характеристика; малая масса, небольшие габаритные размеры и невысокая стои-моств. К недостаткам проволочив тензодатчиков относятся: невысокая чувствителвность и необходимость применения усилителей;
чувствителвность показаний к температуре; малый диапазон деформаций (до 0,3 %); необходимость защита от воздействия агрессивной среды; одноразовое использование; значительная база (достигает — 5...30 мм). Помимо тензодатчиков, использующих тензоэффект в сплавах, существуют полупроводниковые тензодатчики, использующие изменение удельного сопротивления полупроводникового кристалла при деформации. Эти датчики обладают: высокой тензо-чувствительностью (примерно в 100 раз выше, чем у проволочных); большим выходным сигналом, что позволяет обходиться без усилителя. К недостаткам этих датчиков следует отнести: малую механическую прочность (хрупкость); сильное влияние окружающей температуры; большой разброс параметров датчиков внутри партии (до 20 %).
Дата добавления: 2015-04-29; Просмотров: 1437; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |