2.2 Розрахунок функціонального потенціометричного перетворювача

Вихідні дані та варіанти до розрахунку на ЦОМ функціонального потенціометричного перетворювача (ФПП)

Вихідні дані	Варіанти до розрахунку функціонального потенціометричного перетворювача
	5 варіант
, мм	80
, В	15
, мм	40
, мм	25
, мм	15
, Ом	25
, Ом	40
, Ом	15

Рис10. Функціональний потенціометр із шунтуючими опорами

Розв'язання

У разі вмикання шунтуючих опорів за схемою рис. 3.23., повні опори окремих ділянок:

; ; ;

; ;

1. Необхідний приріст напруги на кожній з ділянок:

, де ;

В;

В;

В,

де враховано такі співвідношення:

; .

2.

3.

4. Перевіримо правильність виконання розрахунку, для однієї з ділянок потенціометра, наприклад третьої. Приріст напруги на цій ділянці:

Здобутий приріст вихідної напруги на третій ділянці дорівнює заданому, що підтверджує правильність розрахунку.

3. Тензометричні перетворювачі

3.1 Теоретичні відомості

Тензометричні перетворювачі ґрунтуються на використанні зміни електричного опору провідних матеріалів (металів і напівпровідників) при розтягу та стиснення їх в межах пружних деформацій.

Переваги ТП: малі маса і габаритні розміри; можливість вимірювати сталі та змінні деформації; можливість розміщувати їх у важкодоступних місцях; простота конструкції і дешевизна використання.

Недоліки ТП: наявність поперечної тензочутливості для дротяних ТП, яка становить 0,25-1% (у фольгових і наклеюваних ТП вона практично відсутня); мала потужність вихідного сигналу ТП.

Головною характеристикою чутливості матеріалу до механічної деформації є коефіцієнт відносної тензочутливості S, який визначають як співвідношення відносної зміни опору до відносної зміни довжини провідника:

.

Найпоширенішими різновидами ТП, що застосовуються у промисловості є провідникові (дротяні та фольгові); напівпровідникові; плівкові.

Дротяний ТП являє собою ряд петель тонкого чутливого дроту (рис11), укладеного на підкладку і зверху накритий аналогічною підкладкою та фіксується клеєм, лаком або цементом. До кінців тензодроту припоюються вивідні кінці. Також робиться розвантажувальна петля для попередження поломки.

Рис11. Конструкція наклеюваного дротяного тензоперетворювача

Опір дроту ТП

,

де ρ – питомий електричний опір матеріалу; l – довжина дроту; q – площа поперечного перерізу дроту.

На об’єкті ТП зазвичай розміщується таким чином щоб деформація діяла вздовж його бази. Дроти для ТП зазвичай виготовляють з Константану, Ніхрому, Манганіну, Вісмуту і т.д.

Коефіцієнт відносної тензочутливості ТП (або передавальний коефіцієнт ТП)

.

Чутливість ТП завжди більше одиниці і визначається властивостями матеріалу ТП.

Для деяких металів питомий електричний опір практично не змінюється під дією механічних деформацій, і коефіцієнт тензочутливості S для них можна взяти рівним

.

Враховуючи, що коефіцієнт Пуассона для металів мас значення 0,24...0,4, значення коефіцієнта тензочутливості S у цьому випадку буде знаходитись у межах 1,48...1,8.

Матеріал дроту ТП, як і матеріал досліджуваної деталі, повинен піддаватися механічним напругам, що не перевищують межі пружних деформацій. В іншому випадку в матеріалі відбудуться необоротні деформації. Тому допустиме значення напруги не перевищує 20...30 % від межі пружності.

Оскільки значення відносної деформації Δl/l у межах пружних властивостей матеріалу не перевищує 2,5·10^-3, то при S = 0,5...4 відносна зміна опору

,

тобто не перевищує 1 %. У зв'язку з цим опір ТП повинен мати високу часову стабільність і незначний температурний коефіцієнт (ТК) опору.

Головні вимоги до тензоперетворювачів такі:

– якнайбільше значення коефіцієнта тензочутливості;

– високий питомий електричний опір;

– температурний коефіцієнт лінійного розширення чутливого елемента перетворювача повинен по можливості дорівнювати температурному коефіцієнту лінійного розширення матеріалу досліджуваного об'єкта.

Фольговий ТП - це зазвичай тонка стрічка, на котрій частину метала видалено таким чином. Що залишкова частина утворює тензорешітку з виводами. ( Рис12). Вона є більш технологічною у порівнянні з попереднім видом ТП.

Плівкові ТП мають досить широке застосування. Метод виготовлення плівкових ТП: тензочутливий матеріал наноситься на плівку вакуумною возгонкою і подальшою конденсацією на плівці.

Для виготовлення плівкових ТП застосовують як металеві (наприклад, титан алюмінієвий сплав), так і напівпровідникові (германій, кремній) матеріали.

Переваги та недоліки плівкових ТП такі самі, як і фольгових. При виготовленні фольгових та плівкових ТП можна передбачити будь-який рисунок їх решітки (є істотною перевагою), що дає змогу застосовувати їх для дослідження механічних напружень деталей найрізноманітнішої конфігурації.

Рис12 .Фольговий та напівпровідниковий ТП

Напівпровідникові ТП – це тонкі (до 0,01мм) пластини або стрижні з напівпровідникового матеріалу. До кінців такої пластини спеціальним методом кріплять металеві виводи. Напівпровідникові ТП приклеюють по всій довжині або по кінцях до поверхні, що контролюють.

Превага напівпровідникових ТП – дуже висока чутливість, яка досягає кількох сотень одиниць і є на один – два порядки вищою ніж у дротяних ТП.

Недоліки напівпровідникових ТП: низька механічна міцність; значний гістерезис; нестабільність характеристики.

Матеріали напівпровідникових ТП: найчастіше використовуються такі напівпровідники, як германій, кремній, сурм’янистий індій; штучні суміші «тензоліти» (графіт з тонким кварцовим піском і смолою, графіт з крейдою та шеланом або каніфоллю, вугілля або сажа з бакелітовим лаком). Питома потужність використовуваних нині фольгових і напівпровід­никових ТП незалежно від розсіюваної в них потужності й повної поверхні, яку займає чутливий елемент, звичайно коливається в незначних межах (Р=26...28кВт/м²).