Тензометрические датчики Цепи нормирования сигналов с измерительных мостов

Тензометрические датчики Цепи нормирования сигналов с измерительных мостов Выполнила: студентка 3 курса, Гр. Р-434, ФРТи. МТ Исмаилова Залина

Наиболее массовыми электрическими элементами, используемыми для измерения величины силы, являются резистивные и полупроводниковые тензометрические датчики, а также пьезоэлектрические преобразователи. Тензометрический датчик измеряет силу косвенным методом - путем измерения деформации калиброванного элемента, вызванной действием данной силы. Для измерения давления, можно конвертировать его соответствующим преобразователем в силу, а затем измерить ее тензометрическим методом. Скорость потока можно измерить с использованием дифференциального метода измерения, который также использует технологию тензометрических датчиков. Деформация Сила Давление Поток Тензодатчик, пьезоэлектрический преобразователь Элемент нагрузки (динамометр) Диафрагма преобразует в силу, измеряемую тензодатчиком Методы измерения дифференциального давления

Ненаклеиваемый проволочный тензодатчик. СИЛА ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ ПРОВОЛОЧКА СИЛА На Рис. 1 изображен ненаклеиваемый тензодатчик, состоящий из проволочки, натянутой между двумя стойками. Сила, воздействуя на проволочку (площадью сечения = А, длиной = L, с удельным сопротивлением = r), вызовет удлинение или сжатие последней, что приведет к пропорциональному увеличению или уменьшению ее сопротивления

Рис. 4. 4. Металлофольговый тензодатчик. 1. малая площадь поверхности 2. малая утечка 3. высокая изоляция Рис. 2 Наклеиваемый проволочный тензодатчик 1. методика фототравления 2. большая площадь 3. стабилен в диапазоне температур 4. малое поперечное сечение 5. хорошее рассеивание тепла Рис. 3. Металлофольговый тензодатчик.

Тензодатчики можно использовать для измерения силы, как показано на Рис. 4. Здесь приложенная сила слегка отклоняет консольную балку. Для измерения используются четыре тензорезистора, закрепленных на балке: два на верхней поверхности и два на нижней. Датчики включаются по полномостовой схеме. Данная схема дает максимум чувствительности и линейности и обеспечивает, в первом приближении, компенсацию температурного дрейфа индивидуальных резисторов. VB R 1 R 4 ЖЕСТКАЯ БАЛКА СИЛ R 1 VO R 3 R 2 R 4 Рис. 4. Танзометричный балочный динанометр R 3

На Рис. 5 показан элемент нагрузки (динамометр), состоящий из четырех тензорезисторов. СИЛА +VB +SENSE –VOUT +VOUT -SENSE –VB Рис. 5. 6 -проводной динамометр.

ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ ТЕНЗОДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИЙ ВЫХОД ЧУВСТВИТЕЛЬНЫ Й ЭЛЕМЕНТ ДАВЛЕНИЯ (ДИАФРАГМА) ЭЛЕКТРОНИКА НОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ Рис. 6. Датчики давления.

Дифференциальное давление можно также использовать для измерения скорости потока при использовании эффекта вентури (эффект заключается в помещении на пути потока сужающего устройства). Рис. 7. Использование эффекта вентури для измерения скорости потока.

+ 15 В 100Ω 7 1 2 10 м. А AD 620 – 0. 1 п. Ф + 3 1 KΩ 8 VOUT 499Ω 6 5 100Ω 4 – 15 В + 15 В 2 N 2907 A 1 KΩ 1. 7 КΩ 1 KΩ 8. 2 KΩ 6 + 15 В + 1. 235 В 3 7 30. 1 KΩ 124Ω OP 177 – 15 В 2 + – 4 – 15 В 27. 4 KΩ A D 5 89 + 1. 235 В Рис. 8. Прецизионный усилитель для тензометрического датчика.

На Рис. 4. 12 показана полномостовая цепь для измерения деформации при испытании материала на усталость. Мост является инт 1. В. Тензодатчик дает выходной сигнал 10. 25 м. В/1000 me. Сигнал усиливается инструментальным усилителем AD 620 с коэффициен На Рис. 8 показана полномостовая цепь для измерения деформации при испытании материала на усталость. Мост является интегральным устройством и может быть закреплен на поверхности, деформацию или изгиб которой необходимо измерить. В схеме используется генератор тока возбуждения, для выполнения дистанционных измерений. ОР 177 питает мост током 10 м. А, используя источник опортного напряжения 1. 235 В.

+ VS (VREF) 10 KΩ 1 KΩ 10 KΩ 2 4 + 5. 0 В RE F 19 6 5 8 1 п. Ф 350Ω 2 3 – 6 1/2 1 OP 213 G = 100 + 350Ω 5 – VOUT 1/2 7 OP 213 + 4 Рис. 9. Усилитель с однополярным питанием для элемента нагрузки.

На Рис. 9. показан прецизионный усилитель динамометра с однополярным питанием. Прецизионный 5 В ИОН REF 195 с высокой нагрузочной способностью (30 м. А) используется для питания моста. Сдвоенный операционный усилитель ОР 213 образует ИУ на двух ОУ с коэффициентом усиления 100. Усиление задается резисторами: G = 1 + 10 KW + 20 KW = 100 1 KW 196 W + 28. 7 W

+FORCE +5 В RLEAD DVDD AVDD +SENSE +5 В/+3 В +VREF +AIN VO AD 7730 -AIN -SENSE -VREF RLEAD GND -FORCE Рис. 10. Использование AD 7730 для элемента нагрузки (динамометра).

24 -разрядный сигма-дельта АЦП AD 7730 является идеальным устройством для прямого подключения к мосту безинтерфейсных цепей. Упрощенная схема подключения показана на Рис. 10. Вся схема питается от одного источника +5 В, являющегося также источником возбуждения моста. Отметим, что измерения являются относительными, так как напряжение на чувствительных выводах моста одновременно является опорным для АЦП. Изменения величины напряжения +5 В не влияют на точность измерения. 1. Допущение: Выход полной шкалы ± 10 м. В при возбуждении 10 В Активирован «режим прерывания» Выполняется системная калибровка: «ноль» и «полная шкала» 2. Работа: Шум, приведенный к входу: 40 н. В (действующее), 264 н. В (рр) Разрешение (без шумов): 80000 отсчетов (16. 5 разрядов) Нелинейность усиления: 18 ppm Точность усиления: < 1 мк. В Напряжение смещения: < 1 мк. В Дрейф смещения: 0. 5 мк. В/°С Дрейф усиления: 2 ppm/°С

Спасибо за Внимание!