Методические указания (стр. 2 из 3)
Важным параметром тензорезисторов является допустимая мощность, которая может рассеиваться в тензорезисторе при условии, что его перегрев не превысит допустимого значения. Допустимая мощность тензорезистора находится в определенной зависимости от его геометрических размеров, что может использоваться как при определении для известных тензорезисторов, так и при определении геометрических размеров проектируемых преобразователей, исходя из заданной допустимой мощности или допустимого значения измерительного тока.
Удельная мощность используемых в настоящее время проволочных, фольговых и полупроводниковых тензорезисторов независимо от рассеиваемой в них мощности и полной поверхности, занимаемой чувствительным элементом, обычно колеблется в незначительных пределах:
=26…28 кВт/м.Особенностью приклеиваемых тензорезистивных преобразователей является то обстоятельство, что они представляют собой преобразователи разового действия, т.е. не могут быть переклеены из объекта на объект. Поэтому функция преобразования рабочего тензорезистора не может быть определена, а для ее оценки определяют функцию преобразования аналогичного, так называемого градуировочного, преобразователя из той же партии. Естественно, что такой способ оценки характеристик рабочих тензопреобразователей применим лишь в том случае, когда свойства преобразователей всей партии совершенно идентичны, а остаточные деформации, вызываемые затвердеванием клея при приклейке рабочих и градуировочных преобразователей, так же одинаковы. Практика показывает, что погрешность от неидентичности при тщательной приклейке тензорезисторов и хорошем качестве клея обычно не превышает 1,5%.
3. Оборудование, используемое при выполнении лабораторной работы.
Рис. 3. Структурная схема тензометрической установки для измерения усилий
Д – датчик силоизмерительный резистивный 1778 ДСТ К 1,5-0,4 (далее – просто датчик);
УПТ – усилитель постоянного тока;
ИП – источник постоянного тока;
V – вольтметр постоянного тока.
Измеряемое усилие P воздействует на упругий элемент датчика Д, из-за этого меняется сопротивление тензорезисторов, и, как следствие этого, напряжение постоянного тока на выходе датчика.
3.1. Технические характеристики силоизмерительного датчика.
Датчик предназначен для получения информации о величине измеряемых статических или медленно меняющихся усилий сжатия или растяжения. Его основными частями являются упругий элемент и наклеенные на него тензорезисторы.
Датчик обеспечивает свои метрологические характеристики при эксплуатации в рабочих условиях с температурой от минус 50 до плюс 50 °С, атмосферном давлении от 630 до 800 мм рт. ст. и напряжении питания постоянным электрическим током не более 12В.
Одним из основных параметров датчика является рабочий коэффициент передачи – отношение напряжения выходного сигнала в мВ к напряжению питания в В при номинальной нагрузке. Номинальная нагрузка датчика – 1,5 тс (1,5 кН). Рабочий коэффициент передачи (РКП) – 1,5 мВ/В. Категория точности – 0,4.
Начальное значение коэффициента передачи (НКП) датчика должно быть не более 2,5% РПК.
Нижний предел измерения датчика должен быть не более 20% от номинальной нагрузки. Датчик должен быть устойчив к нагрузке, на 25% превышающую номинальную, воздействующую непрерывно в течение не менее двух часов.
Допускаемые значения погрешностей приведены в таблице 1.
Таблица 1.
| Наименование погрешности | Допускаемое значение, % от РКП |
| Систематическая составляющая погрешности |  0,40 |
| СКО случайной погрешности | 0,20 |
| Гистерезис | 0,40 |
| Нелинейность | 0,40 |
| Изменение НКП при изменении температуры на 1 °C | 0,012 |
| Изменение РКП при изменении температуры на 1 °C | 0,012 |
3.2. Конструкция датчика
На рис. 4 представлена конструкция датчика. Упругий элемент 1 состоит из четырех расположенных по кругу и жестко закрепленных с одной стороны балок (а). Каждая балка с одной стороны закреплена на шарнире (б). На каждой балке наклеено по два тензорезистора 4 (один сверху, второй – снизу), тензорезисторы включены в плечи мостовой схемы.
Для обеспечения водозащищённости датчик закрыт мембранами 2. Для предохранения от механических повреждений при транспортировании и хранении мембраны закрыты крышками 3. В корпусе датчика размещён выходной разъем 5 герметического исполнения, через который осуществляется соединение датчика с вторичной аппаратурой. В корпусе датчика размещён блок настроечных резисторов, который закрыт крошкой, а крышка, в свою очередь, закрыта специальной фирменной планкой.
Для крепления датчика к объекту измерения в корпусе датчика предусмотрены отверстия 13мм. Измеряемую нагрузку воспринимает сферическая поверхность упругого элемента.
Под действием измеряемой нагрузки происходит изгиб балок, в результате чего верхний слой балок сжимается, а нижний растягивается.
Деформация сжатия и растяжения передается на наклеенные тензорезисторы, в результате чего происходит разбаланс моста пропорциональный действующей нагрузке, т.е. возникает электрический сигнал пропорциональный изменяемой нагрузке.
Рис. 4. Конструкция датчика 1778 ДСТ К и его электрическая схема
Назначение элементов принципиальной электрической схемы следующее:
R1-R8: тензорезисторы, служащие для построения тензометрического моста;
Rч и Rб: резисторы, служащие соответственно для регулировки рабочего (РПК) и начального (НКП) коэффициентов передачи датчика;
Rш и Rв: резисторы, служащие, соответственно, для регулировки входного и выходного сопротивления датчика;
: резисторы, служащие для регулировки температурной компенсации, соответственно, РПК и НКП.4. Методика проведения работы и обработки результатов эксперимента.
4.1. Подать на датчик рабочее напряжение питания. Прогревать датчик рабочим напряжением питания в течение 15 минут.
4.2. Экспериментально определить градуировочную характеристику тензометрической установки, т.е. зависимость между выходным напряжением и входным измеряемым усилием.
Входные усилия задаются нагружением датчика грузами известного веса в соответствии с заданием, выданным преподавателем. Измерения проводятся в 3 этапа, в течение которого нагружение ведется сначала от 0 Н до Pmax Н (где Pmax – наибольшее значение усилия из заданных преподавателем), а затем от Pmax до 0.
Результаты измерений заносятся в таблицу 2.
Таблица 2
| Измеряемое усилие | Выходное напряжение | Вариация | ||||||
| Pизм, Н | Uн1, мВ | Uр1, мВ | Uн2, мВ | Uр2, мВ | Uн3, мВ | Uр3, мВ | Uср, мВ | Bi, мВ |
| 0 | ||||||||
| … | ||||||||
| Pmax | ||||||||
4.3. Построить график градуировочной характеристики
По данным из столбцов Pизм и Uср постройте график градуировочной характеристики тензометрической установки.
Постройте линию тренда (тип – линейная) и с ее помощью определите чувствительность датчика (как тангенс угла наклона линии тренда).
4.4. Определение погрешности гистерезиса.
Пусть при некотором значении измеряемого усилия Pизм были получены некоторые значения выходного напряжения Uн1, Uн2, Uн3 (при нагружении) и Uр1, Uр2, Uр3 (при разгрузке). Вариация показаний в этой точке (i) определяется как модуль разности средних значений при нагружении и разгрузке:
Погрешность гистерезиса измерительной установки определяется как наибольшее значение гистерезиса в контрольных точках:
Все результаты измерений и расчетов должны быть приведены в отчете.
5. Требования к технике безопасности при выполнении лабораторной работы.
Включение в сеть всех используемых в лабораторной работе приборов и собранной схемы можно производить только с разрешения лаборанта или преподавателя после проверки ими подготовленных к включению приборов и схемы.
В случае обнаружения нарушения целостности изоляции проводов, искрения в розетках сети и вилках кабелей питания прекратить выполнение работы, выключить все приборы и обратиться к лаборанту или преподавателю, проводящему лабораторные занятия.
Категорически запрещается включать в сеть и пользоваться приборами в случае нарушения целостности проводов заземления их корпусов.