K. Тензометрические уравнения

В этом параграфе приведены полные тензометрические уравнения для некоторых типов конфигураций мостов. Эти уравнения запрограммированы в виде функций (с источником кода) в NI-DAQ. Функции называются Strain_Convert и Strain_Buf_Convert. В LabVIEW эти уравнения лежат в основе ВП Convert Strain Gauge Reading, расположенного в палитре Functions»NI Measurements»Data Acquisition»Signal Conditioning.

Для упрощения записи уравнений и учета разбалансированных мостов в недеформированном состоянии введено отношение Vr, которое равно

где VO(деф) – измеренное выходное напряжение при деформации, а VO(без деф)– начальное напряжение, то есть выходное напряжение без деформации. VEX – это напряжение возбуждения.

Обозначим (+) и (–) активные тензодатчики, работающие на растяжение и на сжатие, соответственно. Обозначение (–) мы введем для тензодатчика, включенного в поперечном направлении, так что его сопротивление меняется в основном из-за пуассоновской деформации, чья амплитуда обозначается как –.

Другие обозначения, используемые в уравнениях, это:

• RG = номинальное значение сопротивления тензодатчика

• GF = коэффициент тензочувствительности тензодатчика

• RL = сопротивление подводящих проводов

Упражнение 5-5. Измерение деформации

Задача: Выполнить измерение с помощью тензодатчика

В данном упражнении вы получите данные с тензодатчика, присоединенного к модулю SCXI-1520 и программно выполните калибровку с использованием шунта и зануление напряжения смещения с целью увеличения точности считываемого значения.

Присоединение тензодатчика к нулевому каналу терминального узла SCXI-1314

Предупреждение. Модули SCXI нельзя переставлять при включенном шасси. Перед удалением или добавлением модулей, терминальных узлов или кабелей убедитесь, что шасси обесточено.

1. Выключите инструментальное шасси.

2. Снимите защитную крышку с терминального узла SCXI-1314.

3. Посмотрите на SCXI-1314 и найдите QTR0, как показано на следующей иллюстрации.

Это – резистор, участвующий в построении четверьмостовой схемы I типа. В данном упражнении используется тензодатчик с сопротивлением 120 Ом, требующий такой схемы включения. Остальные резисторы четверьмостовой схемы вставлены в гнезда, так что в случае необходимости их можно сменить. Все универсальные терминальные узлы SCXI-1314 для тензодатчиков, используемые в данном курсе, уже имеют вставленные резисторы величиной 120 Ом.

Примечание. Резисторы 120 Ом должны быть прецизионными. Совместно с инструктором проверьте, что резисторы, используемые в вашей установке, именно такого типа.

4. Присоедините тензодатчик к каналу ch0 на scxi-1314, изучив предыдущую иллюстрацию и выполнив следующие шаги.

a. Назначение терминалов следующее:

• S+ и S– для аналогового ввода.

• RS+ и RS– для дистанционного управления (не используются в данном упражнении)

• P+ и P– для генерации напряжения возбуждения.

• SCA – для калибровки схемы А с использованием шунта.

• SCB – для калибровки схемы В с использованием шунта (не используются в данном упражнении).

b. Присоедините один провод от тензодатчика к P+ канала CH0.

c. Присоедините другой провод от тензодатчика к QTR CH0.

d. Присоедините провод от QTR к S+.

e. Присоедините провод от S+ к одному из двух терминалов SCA.

f. Присоедините провод от P– к другому терминалу SCA.

На следующем рисунке показана диаграмма подключений для четверьмостовой схемы.

5. Верните крышку SCXI-1314 на место.

6. Присоедините SCXI-1314 к SCXI-1520.

7. Включите инструментальное шасси.

Калибровка в MAX

1. Запустите MAX и создайте новый глобальный NI-DAQmx канал для считывания значений деформации (Analog Input Strain Channel). Назовите канал Strain.

2. В Помощнике по сбору данных используйте следующие настройки.

3. Нажмите вкладку Device. Оставьте все настройки по умолчанию и нажмите Calibration для вызова диалогового окна Strain Gage Calibration.

4. Нажмите кнопку Next.

5. Выходное значение тензодатчика будет автоматически измерено. Обратите внимание на столбцы Err % для подстройки смещения Offset Adjustment и усиления Gain Adjustment (with shunt).

6. Нажмите кнопку Calibrate. Величина ошибки должна быть очень близка к нулю.

7. Нажмите кнопку Finish.

8. Закройте MAX. Не сохраняйте канал Strain.

Считывание значений деформации с программной калибровкой, использующей шунт, и занулением напряжения смещения

1. Запустите LabVIEW и выберите Help»Find Examples для вызова поисковика примеров NI Example Finder. В режиме поиска по типу задачи зайдите последовательно в папки Hardware Input and Output»DAQmx»Analog Measurements»Strain и откройте ВП Acq Strain Samples (with Calibration).

2. Изучите блок-диаграмму. Обратите внимание на использование узла свойств DAQmx Channel Property Node.

3. Переключитесь на лицевую панель и введите следующие значения для элементов управления лицевой панели.

• Physical Channels: SC1Mod1/ai0

• Input Limits: High: 0.01, Low: -0.01

• Filter Enabled?: TRUE (Вызовите контекстное меню этого элемента управления и выберите Data Operations»Change Value to True.)

• Gauge Factor: Спросите инструктора о значении этой величины.

• Nominal Gage Resistance: 120

• Strain Configuration: Quarter Bridge I (Выберите это значение из выпадающего меню, а не вводите его с клавиатуры.)

• Excitation Voltage: 2.500

• Do Strain Null?: TRUE

• Do Shunt Cal?: TRUE

• Shunt Location: R3

• Shunt Resistance: 100000

• Measure Actual Excitation?: TRUE

4. Запустите ВП.

5. Пройдет несколько секунд пока ВП выполнит зануление и калибровку с использование шунта.

6. Растяните и сожмите тензодатчик. Когда вы деформируете металлический брусок, прикрепленный к тензодатчику, вы должны увидеть изменения показаний стрелочного индикатора, которые должны колебаться около нуля.

7. Остановите и закройте ВП. Не сохраняйте никаких изменений.

Конец упражнения 5-5

Упражнение 5-6. Демонтаж инструментального шасси

Задача: Отключить все измерительные преобразователи и терминальные узлы от инструментального шасси.

Предупреждение. Модули SCXI нельзя переставлять при включенном шасси. Перед удалением или добавлением модулей, терминальных узлов или кабелей убедитесь, что шасси обесточено.

1. Отключите питание инструментального шасси.

2. Отсоедините терминальные узлы SCXI-1304, SCXI-1327, SCXI-1314 и SCXI-1302 от инструментального шасси.

3. Снимите защитные крышки терминальных узлов и удалите все замыкающие провода и измерительные преобразователи.

4. Верните крышки на соответствующие терминальные узлы.

5. Аккуратно вытащите 68-контактный кабель из разъема в тыльной части шасси и присоедините его к испытательной коробке.

6. Запустите MAX. Дважды щелкните кнопкой мыши на разделе Devices and Interfaces»NI-DAQmx Devices.

7. Удалите устройство SCXI-1000 и выйдете из MAX.

Конец упражнения 5-6

Итоги

• Согласование сигналов можно осуществить, используя модули SCXI или SCC.

• Устройства согласования сигналов управляются при помощи УСД.

• Согласование сигналов предусматривает усиление, мультиплексирование, фильтрацию электрическую изоляцию и т.д.

• Согласование сигналов обеспечивает необходимую фильтрацию, изоляцию и усиление в случае применения термопар.

• Измерения с использованием тензодатчиков можно легко выполнить, если использовать согласование сигналов.

Примечания

5-61