Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління

Кафедра метрології та промислової автоматики

Лабораторна робота № ____

“ПОВІРКА ВИМІРЮВАЛЬНОГО КАНАЛУ ЗУСИЛЛЯ”

з дисципліни “Вимірювальні перетворювачі”

Вінниця, ВНТУ 2008

Мета роботи : вивчити принцип дії та конструктивні особливості тензорезистивного сенсора зусилля, отримати практичні навики по визначенню його метрологічних характеристик.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Вимірювальний канал зусилля (ВКЗ) представляє собою сукупність вимірювальних пристроїв і засіб вимірювань (рис.1).

До вимірювальних пристроїв в даній схемі належать: первинний вимірювальний перетворювач зусилля (сенсор зусилля СЗ) і масштабний перетворювач (вимірювальний підсилювач ПВ). Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) послідовного наближення є вторинним засобом вимірювань.

Представлений вимірювальний канал є основою побудови апаратних засобів вимірювань зусилля, моменту (пускового, динамічного, електромагнітного, інерції), деформацій, тиску, витрат. Тип сенсора зусилля (тензорезистивний, ємнісний, індуктивний і т.ін.) визначає підходи до аналізу метрологічних характеристик таких засобів вимірювань.

Рис. 1. Структурна схема вимірювального каналу зусилля

В основу принципу дії тензорезистивного сенсору (ТС) покладено тензоефект у напівпровідниках. Чутливим елементом ТС є сапфірова мембрана з кремнієвими тензорезисторами .

Під дією інформативного параметра (зусилля ) мембрана деформується, що в свою чергу викликає зміну опорумостової схеми тезорезисторів (рис.2)

, (1)

де - чутливість тензорезистивного перетворювача.

Рис. 2. Залежність зміни опору від

Прикладеного зусилля

Зміна опору приводить до зміни вихідної напруги тензомоста.

Якщо опори всіх чотирьох плечей моста однакові, то

, (2)

де - напруга, якою живиться мостова схема ТС;

- струм джерела живлення ;

- опір мостової схеми тензорезисторів /

Коли вхідна величина викликає зміну опорутензорезистивного сенсора, напруга. Тому вихідна напруга тензомоста складає

(3)

або для малих опорів

.

Для підсилення малих різниць напруги на фоні синфазної завади, яка може бути більшою за величину , застосовують вимірювальний підсилювач.

Вимірювальний підсилювач повинен задовільнити таким вимогам:

-диференціальний вхід для зменшення дії синфазної завади;

-великий коефіцієнт підсилення;

-малий рівень нульового сигналу;

-великий (як правило, більше 80 дБ) коефіцієнт послаблення синфазної

завади.

В даному випадку диференціальний вхідний сигнал є вихідна напруга , що змінюється на виході ТС. Підсилений ПВ (рис.3) диференціальний вхідний сигнал

, (4)

поступає на вхід аналого-цифрового перетворювача послідовного наближення, де перетворюється в двійковий код

Рис. 3. Зміна напруги на вході аналого-цифрового перетворювача

, (5)

де - коефіцієнт підсилення вимірювального підсилювача;

- розрядність регістра послідовного наближення АЦП;

- опорна напруга аналого-цифрового перетворювача.

Тоді остаточне рівняння перетворення вимірювального каналу зусилля матиме вигляд

, (6)

а його теоретична статична характеристика представлена на рис.4.

Рис. 4. Теоретична статична характеристика вимірювального каналу зусилля