Приборы и датчики для измерения механических величин Министерство образования РФ Казанский государственный университет им.А.Н.Туполева Факультет Автоматики и Электронного приборостроения кафедра ПИИС Дополнительные материалы к лекциям по дисциплине: Приборы первичной информации ТЕТРАДЬ №6 Тема: Составитель: доц. каф. ПИИС А.А. Порунов Казань 2007

Содержание

стр.

1. Первичные преобразователи механических величин…………….............. ..2

   1. Общие. сведения……………………………………………...............…...2

   2. Первичные преобразователи механических

напряжений и деформаций ……………………………………………. 5

1.3.Первичные преобразователи механических усилий……………………..

Первичные преобразователи механических величин

1.1 Общие сведения Классификация и характеристика механических величин. Все многообразие известных механических величин можно разбить на три большие группы:

• первая группа включает геометрические параметры различных деталей в обрабатывающей промышленности, характеристики конструктивных форм и оценку шероховатости поверхностей, уровни сыпучих веществ и жидкостей в различных сосудах, перемещение режущих инструментов. Диапазон измерения от долей микрометров до десятков тысяч метров.

• вторая группа включает физико-механические величины, оценивающие результаты взаимодействия (или воздействий) элементов механических систем или одной механической системы на другую: это силы, моменты, внутренние напряжения (нормальные или тангенциальные); давления (т.е. распределенная сила по площади), перепады давлений в жидкостях и газах, акустические шумы. Диапазон изменения давления как правило находится в пределах от 1,310^-8Па (10^-10 мм. рт) до 10⁸ Па.

• третья группа это - кинематические параметры определяющие положение, скорость и ускорение элементов и целых механических систем друг относительно друга, а также параметры вибраций (вибрационные перемещения, скорости и ускорения).

Первичные преобразователи механических напряжений Первичные преобразователи механических напряжений

Измерение внутренних механических напряжений и относительных деформаций в различных элементах конструкций механизмов и машин, а также др. объектов техники представляет по существу одну и туже задачу, если  не превышает предела упругости, т. е. выполняется закон Гука

l/l=/Е =Е. (1.1)

Из выражения (1.1) видно, что относительные деформации (l/l) зависят от механических напряжений . Поэтому величина  определяется при измерениях по относительным деформациям (l/l). Действительно, измерение местных (локальных) напряжений в элементах сложных конструкций осуществить на основе других информативных параметров настолько сложно, что в большинстве случаев в качестве меры деформаций используется деформации l/l, а по ним уже определяется .

Таким образом, при испытаниях и контроле машин, оборудования непосредственному измерению подвергаются относительные деформации, причем следует иметь в виду, что механические напряжения  так же, как и абсолютные деформации l являются величинами векторными, т. е. имеют соответствующее направление. Известно применение различных физико-технических эффектов для измерения  _i=f(): резистивный (на основе перемещения движка потенциометра), оптические, колебательные (струнные), эффекты магнитоанизотропии, магнитоупругости магнитострикциии и др., но наиболее часто применяют тензорезистивный эффект.

Для измерения деформаций и механических  наиболее часто в настоящее время применяется тензорезистивный эффект, которым обладают ряд проводниковых и полупроводниковых материалов.

Суть этого эффекта состоит в том, что под воздействием механических напряжений и деформаций эти материалы изменяют свои электрические свойства, в частности активное сопротивление. Таким образом, входной величиной тензорезистивного первичного преобразователя является деформация _l(_в), а выходной – изменение активного сопротивления R.

Рассмотрим подробнее процесс измерительного преобразования в этом первичном преобразователе.

Известно, что сопротивление одиночного провода длинной l определяется выражением

, (1.2)

Если последнее выражение прологарифмировать, а затем продифференцировать, то получим зависимость относительного изменения выходного сигнала терморезистивного преобразователя (ТРП) деформации в виде

, ( 1.3)

Выражение (1.3.) показывает, что изменение относительного сопротивления  = вызывается изменением ряда геометрических параметров проводника, а именно: изменение dl/l, d/ и ds/s.

Это выражение можно представить в другой форме, если учесть что изменение площади сечения проволоки связаны соотношением:

, ( 1.4)

а связь между поперечным и продольным изменением размеров проводника устанавливается соотношением:

, ( 1.5)

где  – коэффициент Пуассона.