Р

Мал.1. Умовне зображення деформації дроту

озглянемо (мал.1) дріт довжиною l, радіусом r, перерізом S і об’ємом V, який при деформації (витягненні) під впливом сили F подовжується на величину dl і зменшує радіус на dr.

Провівши ряд викладок одержимо вираз для відносної зміни опору:

(2)

де – коефіцієнт Пуассона, який характеризує зміну розмірів дроту при витягуванні для різних матеріалів.

Чутливість дротяного тензодатчика визначаємо, як відношення величини відносної зміни опору до відносної зміни лінійного розміру:

(3)

Позначимо

Тоді чутливість

(4)

Вираз (1+2μ) для металів може мати максимальне значення 1,8 (при μ=0,4).

В таблиці 1 приведенні характеристики сплавів, які використовуються для дротяних тензодатчиків. Потрібно знати, що деформація не є єдиною причиною зміни опору тензодатчика. Опір змінюється в залежності від температури.

Таблиця 5. Характеристика сплавів для дротяних тензодатчиків

Матеріал	Відносна чутливість	Температурний коефіцієнт опору , 1/1°С	Границя міцності	Температурний коефіцієнт лінійного розширення
Константан Ніхром Манганін Хромель	1,9 – 2,1 2,0 0,47 – 0,5 2,5	(-5 +5) 10 (15 17) 10 (-3 +2) 10 (10 50) 10	650 650 650 650	14 – 15 14 16 – 18 14,8

2. Будова і встановлення дротяних тензодатчиків. Будова найбільш поширеного дротяного тензодатчика показана на мал.2. На полозку тонкого міцного паперу наклеєний складений зиґзаґом тонкий дріт.

До кінців дроту з допомогою пайки або зварювання приєднані виводи з мідної фольги, з допомогою яких датчик приєднується у вимірювальний ланцюг. Зверху дріт захищений від зовнішнього впливу тонким папером. Тензодатчик приклеюють до досліджуваної деталі. Деформацію деталі відчуває дротяна решітка.

Д овжину деталі, яку займає дріт, називають вимірювальною базою датчика L.

П

Мал.2. Дротяний тензодатчик.

о конструктивним параметрам тензодатчики діляться на датчики з малою базою (L = 0,4 – 4 мм); середньою базою (L = 4 – 25 мм); великою базою (L > 25 мм). Активний опір датчиків з малою базою 5 – 100 Ом, з середньою базою 100 – 400 Ом, з великою базою до 1000 Ом. Ширина датчиків від 3 до 60 мм. Довжина виводів датчиків складає 20 – 80 мм. Відносна чутливість дротяник тензодатчиків залежить від матеріалу дроту: для константану S_Д = 1,9 – 2,1; для елінвару S_Д = 6 – 8,5.

3. Фольгованні тензодатчики. Фольгованні тензодатчики виготовляються методом фотохімічного травлення. Решітка такого датчика виготовляється з різних сплавів, які забезпечують достатню чутливість і в той же час мають надійне кріплення (адгезію) з ізоляційною основою, на якій виготовляється датчик.

Ф ольгованні датчики мають товщину провідного покриття 3 – 15 мкм. Опір фольгованих датчиків знаходиться в границях від 30 до 300 Ом.

Н

Мал.3. Фольгованні тензодатчики

а)

б)

в)

а мал.3 зображені різні типи фольгованих тензодатчиків: а) – призначений для вимірювання лінійних переміщень; б) – розетка з двох датчиків, дозволяє вимірювати деформацію в двох взаємно перпендикулярних напрямах; в) – датчик, призначений для наклеювання на мембрану і вимірювання тиску.

Мал.4. Принципова схема макету.

Мал.5. Функціональна схема установки

(1 – блок живлення; 2 – тензометричний датчик; 3 – осцилограф.)

Експериментальна частина

1. Зберіть установку за функціональною схемою.

2. Змінюючи важки на підставці тензодатчика визначіть за допомогою вольтметра і секундоміра час швидкодії.

3. Зніміть покази вольтметра для кожної важки.

4. Одержанні результати занесіть в таблицю 2.

5. Порахуйте похибки вимірювання.

Таблиця 6

№	m	U	m	U	m	U
	t		t		t
1
2
3
4
5
tсер

Контрольні запитання

1. Який принцип поставлений в основу роботи тензодатчиків?

2. Які існують типи тензорезисторів? Охарактеризуйте їх.

3. Поясніть, як залежить опір тензорезистора від температури.

4. Приведіть приклади практичного використання тензодатчиків.

ЛІТЕРАТУРА

1. Ю.Н.Келим. „Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики”. – М.: Высшая школа., 1991.

2. О.Хорна, „Тензометрические мосты”. – М.:Госэнергоиздат., 1962.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7.

Тема: Вимірювання основної похибки ректального перетворювача температури ПТМР-01.

Мета роботи: Перевірка та знаходження основної похибки перетворювача ПТМР-01.

Прилади і матеріали: перетворювач медичний ПТМР-01, мілівольтметр В7-21А, блок живлення ВИП-009, термометр скляний лабораторний, нагрівач, посудина.

Теоретичні відомості

Електричні термометри опору (ТО). Високу точність, стабільність, відтворюваність забезпечують TO. Принцип їх дії полягає у властивості металів змінювати електричний опір з температурою.

Металічні ТО. Найбільш висока точність вимірювань може бути досягнута при використанні платинових ТО, так як вони мають високу хімічну стабільність, майже лінійну залежність опору від температури. Широке застосування знайшли мідь і нікель.

Основні властивості ТО приведені в таблиці 1.

Таблиця 7. Основні властивості термометрів опору

Тип ТО	Матеріал ТО	Номінальний опір при 0ºС, (Ом)	Позначення групи	Діапазон температур, ºС
ТСП ТСП ТСП ТСМ ТСМ	платина платина платина мідь мідь	10 46 100 53 100	гр. 20 гр. 21 гр. 22 гр. 24 гр. 25	0 – 650 -200 – 500 -200 – 500 -50 – 180 -50 – 180

Для проміжних температур опір (в омах) можна обчислити за формулами:

а) для платинових ТО:

,

при значеннях tвід -200 до 0 ºС;

,

при значеннях Е від 0 до 650 ºС;

б) для мідних ТО:

,

де коефіцієнти А, В, С визначаються градуюванням при температурах кипіння кисню, води і сірки, λ – температурний коефіцієнт опору міді.

Для виготовлення платинових ТО використовується провід діаметром 0,03, 0,05, 0,07 (мм) і мідний провід діаметром 0,05 – 0,2 (мм).

Основними технічними характеристиками, за якими здійснюється контроль якості ТО, є R₀ (опір ТО при 0ºС) і R₁₀₀ (опір при 100ºС) та R₁₀₀/R₀ – відношення опорів ТО при 100ºС до опору при 0ºС.

При вимірюванні температури з допомогою ТО необхідно досить точно визначати їх опір. Для цього користуються компенсаційним методом і мостовими схемами.

Терморезистори. В медичній техніці широке застосування знайшли напівпровідникові термометри опору – терморезистори (термістори).

Терморезистор – представляє собою резистивний прилад, який має високий температурний коефіцієнт опору (ТКО) в широкому діапазоні температур. В залежності від знаку ТКО розрізняють два типи терморезисторів: з від'ємним ТКО, опір яких падає з збільшенням температури, і з додатнім ТКО, опір яких збільшується з збільшенням температури.

Терморезистори з додатнім ТКО можна розділити на дві принципово різні групи в залежності від типу і властивостей використаного напівпровідникового матеріалу. До першої групи відносяться терморезистори з простого напівпровідника (кремнію) в формі невеликої пластинки з двома виводами на протилежних сторонах.

Такому широкому розповсюдженню терморезисторів сприяє, високий рівень температурної чутливості, що дозволяє використовувати порівняно прості схеми, простота пристроїв, малі габарити, незначна теплова інерційність, довгий час роботи і мала собівартість.

В якості матеріалу чутливих елементів широко використовуються системи 3d окислів марганцю, нікелю, міді.

Не дивлячись на всі переваги терморезисторів, при їх використанні виникають специфічні проблеми, пов’язані з нелінійністю температурних характеристик, взаємозамінністю і стабільністю.

Для вимірювання температури з допомогою ТО використовують компенсаційний метод, мостові схеми, логометри.

Потенціометричні методи дають можливість реєструвати стотисячну долю номіналу, що відповідає кільком тисячним долям градуса. В сучасних вторинних приладах медичних електротермометрів в основному застосовуються різновидності мостовик схем.

В даній лабораторній роботі досліджується ректальний перетворювач ПТМР-01.

Вказаний перетворювач використовується для вимірювання температури порожнин та внутрішніх органів людини, для функціональної діагностики та контролю за її станом.

Умови експлуатації

• температура навколишнього середовища від -10 до +45 ºС;

• відносна вологість до 98 % при температурі 25 °С.

Технічні дані.

1. Діапазон вимірюваних температур: від +28 до +36ºС; від +36 до +42 °С;

2. Показник теплової інерції не більший 20 с;

3. Напруга живлення 9В ± 20%;

4. Вхідний опір 600 Ом.

Будова та принцип роботи.

Зовнішній вигляд та конструкція перетворювача ПТМР-01 представлені на мал.1.

Мал. 1. Зовнішній вигляд давача

Перетворювач складається з термочутливої та коректуючої частин. Термочутливим елементом є терморезистор розміщений на кінці корпусу 2 і захищений металічним кожухом 1. Кабель 3 служить для з’єднання терморезистора з схемою, розміщеною в коректуючій частині 4. Роз’єднувачем 5 перетворювач підключається до вторинної апаратури.

Принцип роботи ПТМР-01 побудований на властивостях напівпровідників змінювати свій електричний опір, при зміні температури. В якості термочутливого елемента використаний терморезистор СТ3-14, який включений в схему неврівноваженого моста мал.2. Коректуючі резистори, номінали яких розраховуються за спеціальною методикою, служать для лінеаризації та ідентифікації характеристик терморезистора.

Експериментальна частина

В даній роботі необхідно:

а) визначити залежність U(T) з допомогою установки зображеній на мал.3.;

б) знайти основну похибку перетворювача ГТМР-01 (перевірка).

Під час проведення перевірки необхідно, спочатку здійснити зовнішній огляд датчика: перевірити комплектність, цілісність корпусу та ізоляції кабелю.

Мал. 2 Електрична схема перетворювача

(R3 – терморезистор СТ3-14; R1, R2, R6, R7 – розрахункові резистори; R4 – резистор СП5-22В (22кОм); R5 – резистор СП5-22В (10кОм).)

Знаходження основної похибки

Здійснюється таким чином:

• зберіть схему приведену на мал.3.

Мал. 3. Схема вимірювання основної похибки перетворювача

(1 - об’єм з підігрітою водою; 2 - термометр лабораторний; 3 - досліджуваний перетворювач; 4 - блок живлення ВИП-009; 5 - мілівольтметр Б3-38Б.)

• нагрійте воду до температури +42ºС;

• встановіть величину напруги живлення 9 + 0,1 В;

• перемикач мілівольтметра встановіть в положення 30 мВ;

• виміряйте величину вихідної напруги;

• визначте основну похибку Δt за формулою

де Δt – основна похибка перетворювача;

t₀ – покази термометра лабораторного, ºС;

t_вим – розрахункове значення виміряної температури, ºС.

де t_н – нижнє значення діапазону вимірювання, ºС;

U_вих – вихідна напруга, мВ;

S – чутливість (S=2мВ/ºС).