1. Технічне завдання
тензорезистор модуль деформація
Необхідно розрахувати і спроектувати вимірювальний модуль для вимірювання сили F=100 кH на розтяг. Перетворювач деформації в електричний сигнал - фольгові тензорезистори. Матеріал пружного елемента стрижня - сталь. Робоча температура: - 30 ... + 50 С. Точність вимірювання ± 0.5%. Виконання приладу повинне відповідати класові IP67.
. Опис обраного датчика
. 1 Призначення датчика
Даний прилад, а саме тензорезистивні датчик сили, дозволяє вимірювати силу, що діє на нього в певному напрямку (на розтяг).
. 2 Технічні характеристики
Основні параметри та характеристики тензорезисторів
Тензорезистори характеризуються рядом параметрів, основними з яких є:
тензочутливість Sт;
номінальний опір R;
допустима деформація? доп;
похибка перетворення.
Для обох видів тензочуттєві матеріалів, провідникових і напівпровідникових, тензоеффект характеризується величиною тензочувствительности, яка встановлює зв'язок між відносною зміною опору і відносною деформацією в напрямку вимірювань тензочуттєві матеріалу характеризується залежністю:
(1)
де R; ? R; ?- Довжина і опір тензочуттєві елемента і їх прирощення в слідстві деформації; - коефіцієнт еластосопротівленія, рівний m=?? м;
? м - модуль пружності зразка тензочуттєві матеріалу;
?- Поздовжній коефіцієнт пьезосопротівленія.
Фізичні основи. Перетворення деформації тензорезистором
Виходячи з постановки задачі, потрібно використовувати тензорезистор в якості перетворювача деформації в електричний сигнал.
тензорезисторами - резистор, здатний міняти свій опір під впливом навантаження, яка викликає зміну параметрів тензорезистора. Виникає це внаслідок тензоеффекта, тобто здатності чутливого елемента міняти свій опір під дією зовнішнього навантаження. Зміна електричного опору тіла відбувається як за рахунок зміни геометричних розмірів тіла, так і за рахунок зміни його питомої електричного опору. У разі одноосной деформації відносна зміна опору виражається за формулою [1]:
(2)
Цю формулу можна спростити і записати у вигляді:
де Кпр=1 + 2? + m
Для нормальних металів Кпр лежить в межах від 0.6 до 5.5. Для пластичних матеріалів коефіцієнт m дорівнює 0, тому тензоффект визначається тільки зміною геометрії провідника. Ряд досліджень показав, що m, а отже і Кпр, залежить від температури незначно. Для однорідного матеріалу, яким є матеріал тензочуттєві елемента тензорезистора,? не змінюється в невеликому діапазоні деформацій, отже Кпр теж незмінно в цьому діапазоні. Тоді справедливо, що:
Методика вимірювання за допомогою тензорезистора полягає в тому, що вихідний сигнал визначається як відношення приросту електричного споротівленія тензорезистора, отримане в результаті деформації, до початкового значення (до деформації), тобто ? R/R =? (?). C урахуванням цього, формулу (5) можна представити у вигляді певних інтеграллов:
Інтеграл у правій частині равества (6) є істинним значенням деформації чутливого елемента? ч [1] .Враховуючи це і інтегруючи ліву частину, отримаємо:
де
У результаті отримуємо:
Де?- Зовнішня деформація. Так як вихідний сигнал при деформації пропорційний середньому значенню деформації? ч бази, то доцільно користуватися коефіцієнтом передачі Kпер.ч =? ЧСР /? [1].
У даному розділі вказані формули які будуть використовуватися надалі при розрахунку коефіцієнта передачі і зміни опору.
3. Вибір і розрахунок параметрів пристрою
. 1Расчет функції і коефіцієнта передачі з урахуванням впливу кінцевих і контактних ділянок
Загальна схема тензорезистора наведена на (рис 2).
Рис. 2. Схема тензорезистора встановленого на деформівній пружному елементі
чутливий елемент
кінцеві ділянки
контактні ділянки
сполучна
деформируемая балка
Далі будемо користуватися наступними позна...
