Тензорезистивные преобразователи силы неэлектрических величин

D - система первого  порядка с ограниченными верхней и нижней частотами среза,

 Е - система  с узкой полосой частот (резонансная  система),

F - широкополосная  система с резонансом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.2 – Один из вариантов воздействия на тензорезистивный ПИП в данном примере – сгибание

 

Примерный вид  напряжений в различных точках устройства показан на риунке 5.3. Здесь x(t) – кривая показывающая изменение измеряемой величины; U1- напряжение питания моста; U2 – выходное напряжение моста; U3 – импульсы управления детектором; U4 – напряжение на входе усилителя постоянного тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.3– Работа одноканального тензорезитора с аппаратурой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.4 –  Динамическая характеристика

Поскольку вид  сигналов на входе Си может быть самым разнообразным, желательно получить такие динамические характеристики СИ, которые позволяют установить их реакцию для любой формы сигнала x(t). Кроме того желательно иметь и стандартный вид математических моделей СИ, чтобы было их удобно сравнивать между собой. Поэтому при анализе динамических свойств СИ x(t) представляют в виде стандартных сигналов, а само СИ представляют в виде стандартных динамических звеньев. Чаще всего стандартные сигналы имеют следующий вид:

• x(t) – гармоническая функция (e^jwt);
• x(t) – единичная ступенчатая функция (функция Хевисайда, которую обозначают как l(t)).
• x(t) – импульсная функция (дельта-функция Дирака δ(t))

 

 

 

 

 

 

6 Модель методических  и инструментальных погрешностей  ПИП

 

Инструментальная погрешность — погрешность, которая определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

Методические  погрешности — погрешности, обусловленные  несовершенством метода, а также  упрощениями, положенными в основу методики.

 

Тензорезисторные  датчики

 

 

Рисунок 6.1-источники погрешностей тензорезисторного датчика

 

Наиболее существенное влияние на величину погрешности  имеет первый фактор(влияние температуры). Изменение сопротивления преобразователя от изменения температуры соизмеримо с изменением сопротивления от действия деформации. Температура тензорезистора зависит от температуры окружающей среды и величины тока, протекающего через резистор. Изменения температуры должно учитываться при обработки результатов путём введения коррекций или, что более желательно, автоматической компенсацией температурной погрешности.

Для снижения температурной  погрешности используют несколько  путей:

- выбирают материал  для тензорезистора с малым  температурным коэффициентом линейного расширения, близким к коэффициенту расширения детали;

- применяют  компенсационные преобразователи,  располагаемые в непосредственной  близости от однотипного рабочего, но не подвергаемы действию  деформации;

- используют  самокомпенсирующие тензорезисторы, состоящие из двух частей. Одна часть обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления, вторая – отрицательным. Правильным подбором величин и температурных  коэффициентов сопротивлений частей датчика добиваются высокой степени компенсации температурной погрешности. Особенно широкое применение такой способ нашёл при изготовлении полупроводниковых тензорезисторов.

Основная погрешность  выпускаемых в настоящее промышленностью  проволочных и фольговых тензорезисторов  при компенсации температурной погрешности не превышает 1%.

Изменение сопротивления  проводников характеризуется коэффициентом

тензочувствительности:

                                                  (6.1)

 

где K – коэффициент тензочувствительности;

ΔR и Δl – изменения сопротивления и длины проводника.

Чувствительные  элементы тензодатчиков выполняют  из металлической

проволоки и  фольги, а также из полупроводников  круглого и плоского сечения.

Для проволочных  тензодатчиков относительные изменения сопротивления не превышают 1 %, что может оказаться сравнимым с температурными изменениями сопротивления этих датчиков. Отсюда требования к материалу тензодатчиков – иметь малый температурный коэффициент и большой коэффициент тензочувствительности. Кроме того, материалы тензодатчиков должны иметь большое удельное сопротивление (для уменьшения габарита датчика при заданном его сопротивлении) и большую механическую прочность. Основные характеристики материалов для тензодатчиков приведены в таблице 3.1.

 

Таблица –3. 1

Следует отметить, что приведенные характеристики в значительной степени зависят от состава, технологии изготовления и последующей обработки материала.

 

Одним из основных элементов, от свойств которого во многом зависят характеристики тензометрического  устройства, является мостовая цепь, в которую включен первичный измерительный преобразователь- тензорезистор.

В основу определения  предельного значения питания может  быть положено явление нагрева тензорезистора измерительным током, приводящее к  появлению дополнительных погрешностей. Решение указанной задачи производится путем анализа теплового состояния системы тензорезистор- подложка- деталь и основывается на знании конструкции тензорезисторов и способа их крепления.

Для упрощения  анализа тепловых процессов можно  принять ряд допущений:

1). Излучательная  способность тензорезистора мала, и ею можно пренебречь;

2). Потери тепла  за счет конвекции незначительны;

3). Температура  клея в проволочном тензорезисторе 

и подложки в  полупроводниковом резисторе одинакова  во всех точках и незначительно отличается от температуры детали.

4). Тепло, получаемое  тензорезистором в результате  протекания по нему тока, передается  клею, подложке и детали только  в результате теплопроводности. Тогда с учетом принятых допущений,  рассматривая резистор как тело с внутренним источником тепла, можно записать уравнение с внутренним источником тепла, можно записать уравнение теплового баланса в виде

                        (6.2)

 

где m- масса тензорезистора, кг ; с – удельная теплоемкость материала тензорезистора, (Вт∙с)/(кг∙ ͦ С) ; θ- температура тензорезистора, ͦ С; P- мощность, Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

Тензорезисторами называют преобразователи, осуществляющие преобразование механических деформаций в изменение электрического сопротивления. Простота конструкции, малые масса и габариты позволяют использовать тензорезисторы для измерения сил, давлений, вращающих моментов, ускорений и других величин, преобразуемых в упругую деформацию в труднодоступных местах различных машин и механизмов без изменения конструкций.

Тензометрические датчики CAS предназначены для преобразования создаваемого усилия при деформации твёрдого тела в электрический сигнал, пропорциональный нагрузке. Тензометрические датчики обеспечивают измерение веса от 1 грамма до 50 тонн и работают в широком температурном диапазоне. Электронные весы почти всех типов, такие как торговые весы и продуктовые, весы напольные и настольные весы, автомобильные и промышленные весы, складские и крановые весы используют тензометрические датчики в своей работе.

 

 

Список использованной литературы

 

 

1. Глаговский, Б.А. Электротензометры сопротивления : учебник / Б.А. Глаговский, И.Д. Пивен. - Вып. 477. – Ленинград : Энергия, 1972. – 88 с.
2. Груздев, С.В. Импульсная тензометрия : учебник / С.В. Груздев,  Е.М. Прошин. – Вып. 576. – Москва : Энергия, 1976. – 88 с.
3. Миронов, Э.Г. Методы и средства измерений: учебное пособие / Э.Г. Миронов. – Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2009. – 477 с.
4. Трухачев, Б.С. Полупроводниковые тензопреобразователи : учебник / Б.С. Трухачев, Н.П. Удалов. – Вып. 298. – Москва : Энергия, 1968. – 80 с.
5. Интернет-портал Российской Федерации [Электронный ресурс] / Москва, 2012. – Режим доступа : http: //www.zetlab.ru /support/ articles/ tenzo/ tenzo_shemi.php – Дата доступа : 08.03.2013 г.
6. Интернет-портал Российской Федерации [Электронный ресурс] / Москва, 2012. – Режим доступа

http://www.cas.by/index.php?option=com_content&id=159 – Дата доступа : 13.04.2013 г.