Ответы на экзаменационные вопросы № 1-30 по дисциплине "Измерительные приборы" (Измерения и их классификации. Тепловидение, принцип действия двух типов тепловизоров), страница 5

Так как изменение тензорезистора невелико, то используется мостовая схема включения тензорезисторов с использованием переменного тока. Одна из главных трудностей применения тензорезисторов состоит в их сильной температурной зависимости (близкой по порядку с зависимостью от деформации). Для компенсации этого, в соседнее плечо моста включается идентичный тензорезистор, расположенный рядом с рабочим, но не испытывающий деформации. Подложка закрепляется на исследуемом объекте (приклеивается или приваривается), и при его деформациях происходит изменение длины (растяжение или сжатие) проволоки, что приводит к изменению ее электрического сопротивления. При установке тензорезисторы ориентируют в направлении максимальных деформаций, а если такое направление неизвестно, то применяют розетку из трех тензорезисторов, установленных под углом 120⁰. Подключаются терморезисторы, по мостовой схеме, простейший вариант которой изображен на рис. 3.2. Компенсационный резистор R_К, идентичный измерительному, служит для исключения температурной погрешности, связанной с изменением сопротивления тензорезистора R_Т при изменении температуры. С помощью подстроечного резистора R1 добиваются баланса моста (нулевой выходной сигнал) при отсутствии деформаций. В этом случае выходной сигнал тензометрического моста будет определяться выражением:

                                 3.1

В связи с определенными трудностями, связанными с построением усилителя постоянного тока для очень слабых сигналов, питание моста часто осуществляется от источника переменного напряжения. В этом случае величина деформации оценивается по амплитуде выходного сигнала (3.1), а ее тип (растяжение или сжатие тензорезистора вдоль базы) - по фазе выходного сигнала. В случае, когда сопротивление тензорезистора увеличивается по сравнению с номиналом, фаза выходного сигнала будет противоположна фазе напряжения питания (положительной полуволне напряжения питания соответствует отрицательная полуволна выходного сигнала).

14.Измерения сил с помощью тензорезисторных динамометров

Среди приборов для измерения сил, в том числе датчиков веса, наибольшее распространение получили тензорезисторные динамометры. Диапазон измерения этих динамометров необычайно широк – имеются динамометры на номинальные силы от 5 Н до 10 МН и более. Решающим фактором, однако, является высокая точность измерения. В зависимости от затрат, уровня техники и производственных возможностей погрешность может быть снижена до величины, меньшей 0,03% и даже 0,01% [5].

В простейшем случае чувствительный элемент может представлять собой стержень, нагруженный вдоль оси. При нагружении стержень сжимается, причем в соответствии с коэффициентом Пуассона одновременно увеличивается его периметр. Тензорезисторы, наклеенные на стержень в области однородного силового поля, включают в мостовую схему так, чтобы в противоположных плечах моста оказались тензорезисторы, решетки которых направлены вдоль оси стержня и перпендикулярно ей.

Для расширения пределов измерений до 1 – 20 МН в целях лучшего распределения напряжений упругий элемент часто выполняют в виде трубы и тензорезисторы наклеивают на его внутреннюю и наружную поверхности.

Для увеличения чувствительности динамометров при измерении малых сил (порядка 5 Н) применяют чувствительные элементы, в которых используются не продольные деформации, а деформации изгиба. Примером может служить чувствительный элемент в форме кольца, показанный на рисунке 3.5.

Описанные чувствительные элементы при соответствующей их установке могут быть нагружены и в направлении сжатия, и в направлении растяжения, а при использовании тензорезисторных динамометров следует учитывать некоторые характерные особенности:

-  класс точности тензорезисторных динамометров составляет от 0,03 до 2 %, причем для усилий более 2,5 МН невозможно изготовить динамометр с классом точности лучше 0,1%;

-  деформации в тензорезисторных динамометрах очень малы (от 0,1 до 0,3 мм), но если в некоторых случаях такая деформация слишком велика, то можно использовать чувствительные элементы с более высоким пределом измерения, однако, с более низкой чувствительностью;