Міністерство освіти і науки України
Національний Технічний Університет України
Київський політехнічний інститут
Кафедра автоматизації експериментальних досліджень
Розрахунково-графічна робота
з дисципліни: Вимірювальні перетворювачі
Київ 2008
Завдання на розрахунково-графічну роботу
Розрахувати параметри датчика тиску з плоскою мембраною і наклеєними тензорезистивного перетворювачами радіальної деформації.
Діапазон вимірюваних надлишкових тисків 0 ... 0,8 МПа.
Власна резонансна частота датчика - не менше 0,8 кГц.
В якості вимірювального перетворювача використовується тензорезистори з номінальним опором (50 + 8 * 10) Ом, коефіцієнтом відносної тензочутливості K = 2,08 і допустимої питомої розсіюваною потужністю P уд = 2 мВт/мм 2 . Тензорезистор дротовий, радіус дроту 0,1 мм, загальна довжина дроту: (50 + 8) мм. Передбачається, що тепловий контакт з об'єктом забезпечується по половині периметра дроту.
В· Визначити вимоги до джерела живлення мостової схеми (допустима напруга і робочий струм).
В· Визначити вимоги до коефіцієнта посилення узгоджувального підсилювача при підключенні до АЦП з вхідним діапазон: 0 ... 5 В.
В· Визначити вимоги до рівня шумів узгоджувального підсилювача для забезпечення похибки не більше (0,08)%.
В· Визначити похибка через вплив з'єднувальних провідників, якщо їх довжина становить (10 + 8) м, а перетин 0,07 мм 2 .
В· Привести многопроводную схему підключення датчика, що виключає вплив з'єднувальних провідників (з описом принципу дії).
Виконання розрахунково-графічної роботи
Принцип роботи тензодатчика заснований на зміні мостової схеми при його деформації під дією тиску, що призводить до зміни вихідного параметра.
В
Малюнок 1. Схема датчика тиску
Схема датчика тиску з плоскою мембраною і наклеєними тензорезисторами зображена на рис. 1. p> На малюнку позначено: - товщина мембрани; - радіус мембрани; - відстань від центру мембрани до датчика-надлишковий тиск.
З виразу для резонансної частоти:
В
отримаємо вираз для радіуса мембрани:
,
де fp - резонансна частота fp = 0,8 * 103 Гц;
- коефіцієнт Пуассона = 0,3;
Е - модуль пружності для міді Е = 108 * 109 Гн/м2;
- щільність міді = 8,93 * 103 кг/м3.
Підставивши значення у формулу, отримаємо:
м.
Для знаходження радіальної деформації, потрібно задатися відстанню від центру мембрани до датчика.
За умови, що датчик розташований по центру мембрани (r = 0), радіальна деформація буде мати таке значення:
.
Схема включення тензорезистора виглядає наступним чином:
В
Малюнок 2. Схема включення тензорезистора
Оскільки задані питома потужність розсіювання і геометричні характеристики датчика, то можна розрахувати робочий струм через тензорезистор, включений у четвертьмостовую схему.
Тензорезистор має тепловий контакт тільки по половині периметра з'єднувального проводу, тому загальна площа контакту:
,
де r1 - радіус дроту; l - загальна довжина дроту.
мм2.
Визначимо допустиму потужність розсіювання:
мВт.
, де I - робочий струм, Ro - опір датчика.
Звідси знаходимо:
А.
Визначаємо вимоги до джерела живлення мостової схеми з умови:
, В.
Вибираємо стандартну напругу 3,3 В.
Робочий струм навантаження А.
Визначимо збільшення опору тензорезистора при максимальному вимірюваному сигналі зі співвідношення:
,
де К = 2,08 - коефіцієнт відносної тензочутливості.
Ом.
Збільшення напруги при цьому дорівнюватиме:
В.
Щоб забезпечити повний діапазон АЦП, коефіцієнт посилення повинен бути:
.
Визначимо вимоги до рівня шумів узгоджувального підсилювача. - За умовою. p> Середньоквадратичне значення напруги шумів не п...
