3.2.4. Применение тензодатчиков для измерения силы

Рассмотрим применение тензодатчиков для измерения силы (рис. 2.10). В рассматриваемом примере используются четыре тензорезистора, устнов- ленных на балке и включенных по полномостовой схеме.

Рис. 2.10. Балочный динамометр

Рис. 2.11. Шестипроводной динамометр

Как правило, тензодатчики - это устройства с достаточно низким сопротивлением, поэтому для получения приемлемых уровней выходного напряжения они требуют приложения значительной мощности возбуждения. Пусть тензомостовой датчик имеет импеданс 350 Ом, тогда его чувствительность будет выражаться в милливольтах полной шкалы на вольт напряжения возбуждения. В качестве примера рассмотрим динамометр, состоящий из четырех тензорезисторов (рис. 2.11).

В данной ситуации при возбуждении 10 В и коэффициенте преобразования 3 мВ/В верхний предел шкалы составит 30 мВ.

Для измерения давления в жидкостях и газах используются различные механические преобразователи давления, подключенные к тензодатчикам.

Для высокочастотных измерений давления (например, в гидроаккусти- ке) применяются пьезоэлектрические преобразователи давления.

3. 2.5. Измерение потоков жидкостей и газов

При измерении потоков жидкостей и газов наиболее часто измеряют количество протекающего вещества. Самым простым способом такого измерения является измерение объема. Однако данный метод возможен, только если плотность жидкости или газа постоянна.

Поток можно измерить, узнав дифференциальное давление между двумя точками в протекающей среде: одна статическая, другая в потоке [2].

Для таких измерений используют Трубки Пито (рис. 2.12) или устройства, основанные на эффекте вентури (эффект заключается в том, что на пути потока помещают сужающее устройство).

Можно поместить в поток изгибающуюся лопасть с закрепленным на ней тензодатчиком для измерения скорости потока (рис. 2.13).

Рис. 2.12. Трубка Пито, используемая для измерения скорости потока

Рис. 2.13. Использование сгибающейся лопасти с тензодатчиком для определения скорости потока

Ниже приведено несколько примеров применения тензодатчиков, предложенных в [2].

3.2.6. Измерение деформации

Полномостовая цепь для измерения деформации при испытании материала на усталость показана на рис. 2.14. Мост является интегральным устройством и может быть закреплен на поверхности, деформацию или изгиб которой необходимо измерить. В схеме используется генератор тока возбуждения для выполнения дистанционных измерений. Устройство ОР177 питает мост током 10 мА, для чего используется источник опорного напряжения 1.235 В. Тензодатчик дает выходной сигнал 10.25 мВ/1000 е. о. д. Сигнал усиливается инструментальным усилителем AD620 с коэффициентом усиления 100. Величину напряжения верхнего предела (полной шкалы) можно устанавливать, подстраивая потенциометр 100 Ом так, чтобы для деформации 3500 е. о. д. выход составлял 3.500 В, а для деформации +5000 е. о. д. - +5.000 В. Далее сигнал можно преобразовать с помощью АЦП с верхним пределом по входу 10 В. Конденсатор 0.1 мкФ на входе инструментального усилителя совместно с сопротивлением моста 1 кОм составляют низкочастотный фильтр для радиочастотных помех. Частота среза НЧ-фильтра около 1.6 КГц

Рис. 2.14. Прецизионный усилитель для тензометрического датчика

Рис. 2.15. Прецизионный усилитель для динамометра

Рис. 2.16. Усилитель с однополярным питанием для элемента нагрузки

На рис. 2.15 показан другой пример цепи - усилитель динамометра (элемента нагрузки). Типовое сопротивление моста 350 Ом. 10.000 В возбуждение моста получают с помощью источника опорного напряжения на AD588, ОР177 и транзистора 2N2219A, обеспечивающего ток 28.57 мА. Для сохранения высокой линейности используется инструментальный усилитель. Схема содержит минимальное количество критичных резисторов и усилителей, что обеспечивает точность, стабильность и малую стоимость. Единственным требованием является низкий температурный коэффициент резистора 475 Ом и потенциометра 100 Ом для обеспечения низкого температурного дрейфа.

Как отмечалось ранее, прецизионный динамометр обычно представляет собой измерительный мост 350 Ом. На рис. 2.16 показан прецизионный усилитель динамометра с однополярным питанием. Прецизионный пятивольтный ИОН REF195 с высокой нагрузочной способностью (30 мА) используется для питания моста.

Сдвоенный операционный усилитель ОР213 образует ИУ на двух ОУ с коэффициентом усиления 100. Усиление задается резисторами: