· Нити чувствительной решетки фольгового тензорезистора имеют прямоугольные сечения, с шириной, во много раз превышающей толщину. Отношение периметра сечения нити к площади сечения у тензорезисторов из фольги значительно выше, чем из проволоки. Благодаря этому тензорезисторы из фольги лучше воспринимают деформацию и характеристики их, особенно такие, как ползучесть и гистерезис, улучшаются.
· Фольговые тензорезисторы обладают способностью рассеивать значительно большую мощность, что позволяет увеличивать рабочий ток.
· Конфигурация чувствительной решетки такова, что их чувствительность мало зависит от базы, а поперечная чувствительность фольговых тензорезисторов меньше, чем у проволочных.
· Кроме того имеется ряд технологических преимуществ, основным из которых является возможность изготовления фольгового тензорезистора практически любой конфигурации.
Тензорезисторы выбирались по температурному рабочему диапазону (-30+40) и статической силы, которая будет действовать на упругий элемент. В результате были выбраны тензорезисторы KFB-03-C1-200 – это термокомпенсированные тензорезисторы для измерения статической и динамической деформации.
1.3.3.2 Расчет напряжения питания моста
Выбранный тип тензорезисторов имеет следующие параметры:
lmin=0.3 мм
lmax=25 мм
Rmin=120 Ом
Rmax=500 Ом
max=2-3%
=
0,2
Ом
=1*10-3 при N=1 млн циклов
Из всех предложенных тензорезисторов [4] данного типа были выбраны тезорезисторы со следующими размерами и характеристиками: база-6,3 мм, номинальное значение сопротивления R=120 Ом, чувствительность к деформации 2,0. Величина базы выбиралась из тех соображений, что тензорезисторы с меньшими базами имеют меньшие допустимые токи питания, чем тензорезисторы с большими базами. Для базы равной 6,3мм Imax =30 мA Imin=10 мA.
Uпит моста=2
,
(17)
где: R
-сопротивление
тензорезистора
S-площадь тензорезистора (длина 
ширина)
Рд
-мощность, рассеиваемая с единицы
площади тензорезистора, т.е. удельная мощность рассеяния зависит от требуемой
точности измерения и условий рассеяния тепла в материале.
Р=0,3-0,8 ватт/см2=(0,3-0,8)*10-2
(ватт/мм2)
S=6,3 мм 2,5 мм=15,75 (мм2)
Следовательно, по формуле (17) получим следующее
Uпит
моста min=2
=4,76 (В)
Uпит моста max=2
=7.8 (В),
т.е. для
тензомоста с тензорезисторами такого типа Uпит моста= (4,76
7,8) В.
Принимаем напряжение питания моста равным 6 В.
1.3.3.3 Расчет мостовой схемы включения и обоснования ее выбора
Температурные приращения сопротивления тензорезисторов в некоторых случаях столь значительны, что в несколько раз превышают изменения их сопротивления от измеряемой деформации.
Способ схемной компенсации основан на том, что тензодатчики, наклеенные на один и тот же материал и находящиеся в одинаковых температурных условиях, изменяют свое сопротивление практически одинаково. Если активный тензорезистор Rд наклеить на упругий элемент (исследуемую конструкцию), включив его в одно плечо измерительного моста, а компенсационный тензорезистор Rк наклеить на пластинку из того же материала, что и конструкция, включив его в соседнее с первым тензорезистором плечо моста, то практически можно исключить влияние температуры на тензорезистор, измеряющий деформацию.
Мостовой метод является основным, наиболее совершенным методом измерения параметров электрических цепей и составляет один из вариантов метода уравновешивающего преобразования. Измерительные мосты постоянного тока предназначены для измерений активных сопротивлений[5].
В данной выпускной работе схемой преобразования первичного сигнала является полумост – 2 тензорезистора – активные сопротивления, т. е. рабочие, а 2 – компенсационные. Т. е. колебания температуры окружающей среды вызывают изменения размеров УЭ из-за их термического расширения, а также изменения модуля упругости материала УЭ, но из-за такой схемы включения температурная погрешность компенсируется.
Uвых.моста=Uпит
, (18) [5]
причем, R4д=R1д и R2к=R3к
Резисторы с индексом д – тензорезисторы, работающие на сжатие, с индексом к – термокомпенсационные тензорезисторы. Они одинаковые по величине, а, так как мостовая цепь является дифференциальной, следовательно, в ней компенсируются аддитивные погрешности, те, которые вызваны изменением температуры, следовательно, так будет скомпенсированна температурная погрешность.
После упрощения и преобразования формулы 18 для Uвых.моста, получим следующую зависимость:
Uвых.моста=Uпит
(19)
Уравнение преобразования тензорезистора:
=
,
(20)
где k=2,1 коэффициент тензочувствительности
Е=150 ГПа
-напряжение, возникающее в
материале УЭ
=F/S
=20000/5*20*10-6=200*106
(Н/м2)
Тогда, =
=2,12*10-3
подставим результат
Uвых моста=5*2,12*10-3=10,6*10-3 В=10,6 (мВ)
Т. е. напряжение выхода моста составляет 10,6 мВ, а для работы микроконтроллера с сигналом необходимо напряжение 4, значит напряжение выхода моста необходимо усилить до величины 4 В с помощью нормирующего преобразователя.
1.3.4 Нормирующий преобразователь
Нормирующий преобразователь, применяемый в данном приборе осуществляет следующие функции: преобразование выходного сигнала первичного измерительного преобразователя в сигнал стандартного уровня, компенсацию его погрешностей (смещения нуля и т. п.)
Основной его характеристикой является номинальный коэффициент преобразования kп:
kп=Uвых.ном/Uвх.ном
В качестве нормирующего преобразователя используется измерительный усилитель с дифференциальным симметричным входом (см. рис 1.3.4).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.