5 Преимущества и недостатки тензодатчиков

К преимуществам тензодатчиков следует отнести малый вес и размеры, простоту конструкции и крепления датчиков к изделиям, способность измерять статические и динамические деформации.

К недостаткам следует отнести влияние на сопротивление датчиков температуры. Незначительное изменение сопротивления датчика (около 1%), делает необходимым усиление сигнала.

При работе в условиях высоких температур и агрессивной среды требуют специальных мер защиты.

При интенсивных динамических нагрузках наблюдаются случаи отслаивания основы (одноразовое применение).

Сопротивление и погрешность датчика сильно зависят от материала подложки и клея, которым тензодатчик крепится к испытуемой детали. Текучесть подложки и клея вызывает гистерезис. Гистерезис - разница в относительных измерениях сопротивлений тензорезисторов, полученных при нагрузке и разгрузке изделия при одинаковом уровне деформации (рисунок 4.6).

Гистерезис сильно зависит от клея, которым приклеивается на изделие тензорезистор и материала подложки тензорезистора.

Стабильные клеи на основе термореактивных смол, эпоксидных и полиэфирных смол, менее стабильны ацетоновые клеи. Наиболее распространенный клей используемый, для наклейки тензорезисторов на основе бакелитово-фенольных смол (БФ-2).

Тензодатчик представляет собой стальную балку консольного типа на поверхность, которой наклеены тензорезисторы типа ПКБ-10-200А. Сопротивление тензорезистора RT=200,0...200,4 Ом. Допускаемый ток через тензорезистор Imax=14 мА, коэффициент тензочувствительности К=2,19, относительная деформация датчика ε=±3000 мкА/м (t°C +20°±5°С). Модуль упругости Е=210 • 10⁶ кН/м²

Структурная схема преобразования сигналов тензорезисторных датчиков в стандартный сигнал ГСП представлена на рисунке 4.8. Преобразователь тензосигнала состоит из тензодатчика, источника питания, стабилизатора напряжения и масштабного усилителя. Стабилизатор напряжения используется для формирования напряжения питания ±3 В, для тензодатчика и ±6,3 В для питания масштабного усилителя.

Масштабный усилитель служит для усиления сигнала тензорезисторного датчика и приведение его к стандартному сигналу ГСП, равному ±1В при номинальной нагрузке на датчике. Масштабный усилитель собран на интегральных микросхемах. Усилитель охвачен цепью обратной связи, состоящей из трех резисторов. Roc=30,2 кОм.

Рисунок 4.9 - Структурная схема преобразователя сигналов тензорезисторных датчиков в стандартный сигнал ГСП

Роль входных сопротивления играют резисторы тензодатчика. Установка нулевого уровня выходного сигнала преобразования при ненагруженном датчике осуществляется потенциометром R_ycт''0".

В зависимости от относительного изменения сопротивления датчика, пропорционально приложенному к датчику механическому усилию, на выходе преобразователя появляется напряжение, определяемое следующим выражением:

- относительное изменение сопротивления датчика;

U_пит - напряжение питания датчика равное 3 В;

U_вых - напряжение на выходе масштабного усилителя;

• сопротивление обратной связи масштабного усилителя; R_дат - сопротивление тензодатчика.

В качестве преобразователя аналоговой величины, полученной от тензоусилителя в цифровой сигнал, применяется многофункциональная универсальная плата АЦП/ЦАП с сигнальным процессором на шину ISA типа L-1250 (рисунок 4.10).

Рисунок 4.11 - Структурная схема преобразования сигнала тензорсзисгорных датчиков в цифровой код

Плата обеспечивает выполнение функций ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов в ПК. В виде опций допускается установка внешних ОЗУ памяти и программ, ЦАП компаратора. Установленный на плате сигнальный процессор осуществляет тактирование и синхронизацию работы АЦП и ЦАП, организует буфферизировакие и обмен данными с ПК через

ОЗУ и обеспечивает возможность перенесения части операций обработки сигнала на плату.

Ввод данных в ПК возможен в режимах: программном, генерации прерываний, ПДП. В многоканальном режиме переключение каналов при сборе данных осуществляется автоматически, с произвольным порядком выборки канала и коэффициента усиления.

Основные технические характеристики АЦП/ЦАП L-1250

АЦП
Количество каналов	16 дифференциальных или 32 или 32 с общей землей
Разрядность	12 бит
Входное сопротивление	не менее 1 мОм
Диапазон входного сигнала	±5В, ±2В, ±1В.
Максимальная частота преобразования	500кГц
Синхронизация	от внутреннего таймера по уровню АЦП по уровню компаратора от внешнего ТТЛ импульса
Цифровой сигнальный процессор (ЦСП)
Тип	ADSP 2105
Тактовая частота	10 МГц
Внутреннее ОЗУ данных	512 слов
Количество каналов	1 или 2
Разрядность	12 бит
Максимальная частота преобразователя	100кГц
Время установления	10 мкс
Выходной диапазон	±5В

6 Задание

1. С помощью нагружающего устройства построить зависимость величины выходного напряжения преобразователя от величины прогиба балки при постепенном увеличении и последующем уменьшении нагрузки.

U_вых=Х

2. Определить величину гистерезиса.

Таблица 4.1- Определение величины гистерезиса

Перемещение 5, мм	Показание прибора в делениях
	Нагрузка	Разгрузка
1.
2.
3.
4.

Рисунок 4.12 - Схема нагружающего устройства

Приложение

Таблица 4.2 - Материалы, применяемые для изготовления тензорешеток резисторов