Схемы включения тензодатчиков

Тензодатчики могут включаться по схеме «делитель», показанной на рис. 3.12, и по мостовой схеме, представленной на рис. 3.13.

При включении тензодатчика по схеме «делитель» необходимо иметь источник тока. Учитывая, что батарея (источник питания) есть источник ЭДС, то последовательно с батареей включен резистор R₁, сопротивление которого много больше, чем сопротивление тензодатчика (R₁>>R_тд).

Рис. 3.12. Включение тензодатчика по схеме «делитель»

При включении тензодатчика по мостовой схеме необходим источник ЭДС.

Рис. 3.13. Включение тензодатчика по мостовой схеме

Если R₃/R₁= R₄/R₂, то U_вых = 0, т.е. мост сбалансирован.

Чтобы устранить температурную погрешность используют тензодатчик-компенсатор, включенный в схему, показанную на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Мостовая схема включения рабочего тензодатчика и тензодатчик-компенсатора:

ТДр – рабочий тензодатчик, ТДк – тензодатчик-компенсатор.

Тензодатчик-компенсатор должен наклеиваться на деталь перпендикулярно по отношению к рабочему тензодатчику. При изменении температуры окружающей среды сопротивления рабочего тензодатчика R_ТДр и сопротивление тензодатчика-компенсатора R_ТДк изменяются одинаково. Мост может быть подключен к источнику постоянного или переменного тока. Для балансировки измерительного моста, показанного на рис. 3.15, необходимо включить в схему два резистора, где R_ш < R_б. Изменяя положение движка R_б, можно точно балансировать мост.

Рис. 3.15. Мостовая схема с настройкой чувствительности

~

При питании моста переменным напряжением c частотой ω выходная диагональ моста корректируется RC-звеном (рис. 3.16.) Это необходимо для коррекции сдвига фазы напряжения U_вых за счет реактивных составляющих элементов схемы.

Рис. 3.16. Мостовая схема с корректирующим звеном

Кроме измерения механического напряжения и деформаций в реальных конструкциях и деталях, тензодатчик применяются в качестве датчиков веса (массы), крутящего и изгибающего момента, давления газа или жидкости, перемещения, ускорения, силы, уровня и т. д.

Пример. Крутящий момент можно определить путем измерения механического напряжения в материале вала, наклеенных согласно рис. 3.17.

Рис. 3.17. Способы наклейки тензодатчиков для измерения крутящего момента

Крутящий момент

,

где – измеренное механическое напряжение; – полярный момент сопротивления сплошного круглого вала.

При включении тензодатчиков в два соседних плеча моста влияние деформации изгиба вала на результат измерения исключается, поскольку при изгибе сопротивление тензодатчиков изменяются одинаково как по величине, так и по знаку.

Градуировка тензодатчиков

Градуировка тензодатчика – получение номинальной характеристики тензодатчика. По материалу тензодатчика определяется чувствительность S_Т = 1,9 ¸ 2,1., а характеристику U_х = f (s) определяют с помощью градуировки. Градуировка с помощью прямоугольной консольной балки, которая показана на рис. 3.18.

На балку наклеивается тензодатчик.

Р ис. 3.18. Градуировка тензодатчика с помощью прямоугольной консольной балки

Балка под действием силы Р_х прогибается, тензодатчик при этом испытывает напряжение

где M = PL_x – приложенный момент; – момент сопротивления балки. Тогда

.

З адавая разные усилия P_x, измеряют выходной сигнал и строят реальную характеристику U_х = f (s). Недостатком способа снятия такой характеристики является необходимость точного измерения L_x. Градуировка с помощью балки равного сопротивления, показана на рис. 3.19. Ширина балки b = kL_x, высота балки h.

На балку наклеивается тензодатчик на расстоянии L_x.

Рис. 3.19. Градуировка тензодатчика с помощью балки равного сопротивления

Внутреннее напряжение в любом сечении балки одинаково и не требуется измерять L_x – расстояние до центра датчика от конца консоли

Градуировочная характеристика тензодатчика в данном случае снимается более точно по сравнению с методом прямоугольной балки.

Возможен также аналитический метод градуировки.

Из известных соотношений и получим

откуда находим аналитическую зависимость изменения сопротивления тензодатчика от механического напряжения объекта

Задавая значение s от s_min до предельного напряжения упругости, рассчитываем DR. По изменению сопротивления DR для конкретной схемы измерения можно рассчитать внутреннее напряжение в детали. Погрешность данного метода заключается в том, что мы принимаем деформацию объекта за деформацию тензодатчика, не учитывая качество наклейки. Погрешность методики может составлять 10-15%.