32) Варианты схем включения тензорезисторов в измерительный мост.
Схемы включения тензорезисторов. При измерении упругих деформаций наклеиваемый тензорезистор располагается на детали в направлении главной (измеряемой) деформации. В пределах упругих деформаций тензорезисторы характеризует небольшое относительное изменение сопротивления. Небольшие приращения сопротивлений тензорезисторов необходимо преобразовать в большие относительные изменения выходных электрических величин. Чаще всего измерительной цепью является делитель напряжения либо мостовая цепь. Делитель напряжения с питанием постоянным током (рисунок 4) применяют лишь в том случае, когда интересуются только переменной состовляющей измеряемой величины, при этом постоянная состовляющая падения напряжения на сопротивлении Rп тензопреобразователя, в сотни раз превышающая переменную состовляющей, отфильтровывается разделительным конденсатором С. Во всех других случаях в качестве измерительной цепи используется цепь моста, питаемого постоянным или переменным током. Высокую точность измерения могут обеспечить методы сравнения: нулевой и дифференциальный
.
Оба
метода реализуются в одной схеме
включения – мостовой.
Нулевому методу соответствует равновесный режим работы моста, дифференциальному – неравновесный. Схема простейшего моста содержит R1, R2, R3, R4 – резисторы отдельных плеч моста; источник питания U, характеризуемый внутренним сопротивлением Ri; электронный вольтметр V. Источник питания подключён к так называемой диагонали питания, вольтметр – измерительной диагонали. Тензорезистор, воспринимающий деформации, включают в одно из плеч. Состояние моста характеризует напряжение на измерительной диагонали.Напряжение между точками аиб
[6] В исходном состоянии мост уравновешен. Положив Uоб=0, получим условие равновесия моста
[7] Под действием деформации сопротивление тензометра изменяется, что можно представить как приращение резистора. Чувствительность мостовой схемы в неравновесном режиме оценивается отношением ,
[8] где R1=R и R2=nR. Из этого выражения следует, что чувствительность неравновесного моста не зависит от величин и соотношения между сопротивлениями R3 и R4, а значит и от того выполнено условие равновесия [7] или нет. Равновесный режим моста в исходном состоянии описывается выражением [7]. Под действием деформации сопротивление активного тензометра R1 изменяется на величину ∆R1, мост разбалансирован и на измерительной диагонали появляется напряжение разбалланса. Для равновесного режима характерно то, что мост приводится в состояние равновесия изменением величины сопротивления одного из соседних плеч, например приращением резистора R2 на величину ∆R2. Для этого в соседнее плечо включают образцовую регулируемую меру сопротивления. Условие равновесия с учётом изменения R1 на ∆R1, и R2 на ∆R2 выражено соотношением [9].
[9] Отношение R3/R4 называют отношением плеч моста. По своей сути это масштабный коэффициент. Процесс уравновешивания может выполнятся оператором (ручное уравновешивание) или автоматически в замкнутых структурах. Для равновесного режима использования моста характерны: отсутствие требований к стабильности питания моста; требование высокой чувствительности прибора, включаемого в измерительную диагональ; высокая точность измерения, в основном определяемая точностью образцовой регулируемой меры; линейность преобразования. Всё это характеризует равновесный режим с положительной стороны. К недостаткам следует отнести: 1) низкое быстродействие, 2) относительно высокую сложность автоматических устройств уравновешивания. На точность измерения деформаций и напряжений тензорезисторами большое влияние оказывает изменение температуры. Однако мостовая цепь позволяет довольно легко исключить температурные погрешности. С этой целью в соседнее с датчиком плечо моста включается второй тензорезистор, также расположенный на детали, но в таком направлении, что измеряемая деформация не изменяет его сопротивления. В некоторых случаях преобразователи можно разместить на детали так, что они будут находиться при одинаковой температуре, но испытывать деформации разного знака. При этом наряду с термокомпенсацией в два раза повышается чувствительность преобразования. 36. Методика измерения крутящего момента
Измерение крутящего момента на валу. Один из распространенных методов измерения деформации вала является использование тензометрического моста .В этом случае на вал наклеиваются тензометры сопротивления под углом 45° к оси вращения, электрически соединенные по мостовой схеме. Применение этой схемы увеличивает чувствительность, улучшает линейность получаемой характеристики, значительно уменьшает влияние температуры на величину выходного сигнала. Кроме того, преимуществом моста является то, что с его помощью измеряется только изменение, а не общее сопротивление.
Малогабаритный радиопередатчик может быть установлен непосредственно на вращающемся валу и передавать параметры на не вращающийся приемник. Использование миниатюрных передатчиков позволяет определять крутящие моменты сразу на нескольких валах, передавая информацию на один приемник. Дальность действия цифрового радиоканала составляет около 100 м, что вполне достаточно для снятия характеристик при установке приемника на неподвижное основание или на не вращающуюся часть транспортного средства.
Непосредственно на вал устанавливается передатчик, а снизу противовес в виде аккумулятора передатчика, который компенсирует массу передатчика. Также на валу приклеен тензомост, состоящий из 4 тензорезисторов, соединенных с передатчиком. При наклейке тензометров необходимо учитывать, что для качественного измерения на расстоянии 20 мм слева и справа от площадки наклейки тензорезисторов не должно быть изменений формы или толщины вала.
В целом измеритель крутящего момента имеет незначительные размеры и вес, позволяющие устанавливать его на валы промышленного оборудования, транспортных средств и на другие устройства. Для калибровки датчиков создана программа, которая по нескольким точкам по известным нагружениям выстраивает зависимость для всего моментного диапазона. Крутящий момент в свою очередь можно задавать или тарированными весами, устанавливаемыми на замеренном плече или растягивающим устройством (например, лебедкой) с использованием динамометра. При наличии на валу растягивающих усилий целесообразно калибровать отдельный тензометр, который рассчитан на учет только растягивающих усилий. В таком случае калибровка происходит в два этапа.
На валу создаются только растягивающие усилия. Величина усилий с линейного тензодатчика и тензомоста крутящего момента заносится в контроллер передатчика. По полученным значениям непосредственно в цифровых кодах строится зависимость показаний тензомоста от растягивающего тензометра.
На валу создается крутящий момент. Считывается и фиксируется величина кодов АЦП приходящая с тензомоста.
26 Тензорезистор. Назначение и устройство. Тензорезисторы позволяют дистанционно измерять статические и динамические деформации деталей машин и элементов конструкций с высокой точностью. Тензометрические электрические цепи состоят из двух частей: тензорезисторы, установленные на деталь, соединенные электрическими проводами в схему и измерительные устройства, регистрирующие деформации. Наиболее простым и распространенным преобразователем для измерения линейных деформаций деталей машин и элементов конструкций является датчик омического сопротивления (тензорезистор). Принцип работы тензорезистора основан на изменении омического сопротивления петлевой решетки при ее растяжении или сжатии. Чувствительный элемент тензорезисторов – петлевая решетка 1 может быть выполнена из тонкой проволоки, фольги или пластинки полупроводникового материала (рис. 1.9). Материал проволоки петлевой решетки: константан или нихром, диаметр 0,01÷0,03 мм.