2 вопроса

Большая площадь поверхности и малое поперечное сечение также обеспечивает хороший температурный контакт чувствительного элемента с образцом, что уменьшает саморазогрев датчика.

Для изготовления фольговых тензопреобразователей используются те же металлы, что и для проволочных датчиков (константан, нихром, сплав никеля с железом и т. д.), а также применяются еще и другие материалы, например титаноалюминиевый сплав 48Т-2, обеспечивающий измерение деформаций до 12%, а также целый ряд полупроводниковых материалов.

В последние годы появился еще один способ массового изготовления приклеиваемых тензосопротивлений, заключающийся в вакуумной возгонке тензочувствительного материала и последующей конденсации его на подложку, напыляемую непосредственно на деталь. Такие тензопреобразователи получили название пленочных. Малая толщина таких тензопреобразователей (15−30 мкм) дает существенное преимущество при измерениях деформаций в динамическом режиме в области высоких температур, где измерения деформации представляют собой специализированную область исследований. Целый ряд пленочных тензопреобразователей на основе висмута, титана, кремния или германия выполняется в виде одной проводящей полоски (рис. 11). Такие преобразователи не имеют недостатка, заключающегося в уменьшении относительной чувствительности преобразователя по сравнению с чувствительностью материала, из которого выполнен преобразователь.

Рисунок 11. Пленочный тензопреобразовтель:

1- тензочувствительная пленка; 2- пленка лака; 3- выводной проводник

Тензометрический коэффициент преобразователя, выполненного на основе металлической пленки, равен 2−4, а его сопротивление колеблется в диапазоне от 100 до 1000

Ом. Преобразователи, выполненные на основе полупроводниковой пленки, имеют коэффициент порядка 50−200, и поэтому они более чувствительны к прикладываемому напряжению. При этом нет необходимости использовать усилительные схемы, поскольку выходное напряжение полупроводникового тензометрического моста составляет примерно 1 В.

К сожалению, сопротивление полупроводникового преобразователя изменяется в зависимости от прикладываемого напряжения и является существенно нелинейным во всем диапазоне напряжений, а также сильно зависит от температуры. Таким образом, хотя при работе с тензометром на основе металлической пленки требуется усилитель, его линейность весьма высока, а температурный эффект можно легко скомпенсировать.

2.2 Метрологические характеристики ТИП Любой датчик обладает целым рядом свойств, которые, во-первых, необходимо нормировать, а во-вторых, экспериментально определять, чтобы потребитель знал, с чем он имеет дело и в какую измерительную цепь допустимо включить интересующий его преобразователь. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками.

Комплекс нормируемых метрологических характеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было оценить погрешность измерений, осуществляемых в известных рабочих условиях эксплуатации посредством отдельных средств измерений или совокупности средств измерений, например автоматических измерительных систем.

Одной из основных метрологических характеристик измерительных преобразователей является статическая характеристика преобразования (иначе называемая функцией преобразования или градуировочной характеристикой). Она устанавливает зависимость информативного параметра у выходного сигнала измерительного преобразователя от информативного параметра х входного сигнала: .

Статическая характеристика нормируется путем задания в форме уравнения, графика или таблицы. Понятие статической характеристики применимо и к измерительным приборам, если под независимой переменной х понимать значение измеряемой величины или информативного параметра входного сигнала, а под зависимой величиной y — показание прибора. Если статическая характеристика преобразования линейна, т. е. y=Kx, то коэффициент К называется чувствительностью измерительного прибора (преобразователя). В противном случае под чувствительностью следует понимать производную от статической характеристики.

В основе работы тензопреобразователей лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации. Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности К, определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника: k = er / el,

где er = dr / r — относительное изменение сопротивления проводника;

el = dl / l — относительное изменение длины проводника.

При деформации твердых тел изменение их длины связано с изменением объема, кроме того, изменяются и их свойства, в частности величина удельного сопротивления. Поэтому значение коэффициента тензочувствительности в общем случае должно быть выражено как:

K = (1 + 2μ) + m.

Здесь величина (1+2μ) характеризует изменение сопротивления, связанное с изменением геометрических размеров (длины и сечения) проводника, а — изменение удельного сопротивления материала, связанное с изменением его физических свойств.

Если при изготовлении тензопреобразователя использованы полупроводниковые материалы, то чувствительность определяется в основном изменением свойств материала решетки при ее деформации и K может меняться для различных материалов от 40 до 200.

При наличии внешней силы, деформация производится как в направлении внешней силы, так и перпендикулярно. Деформация в направлении силы определяется по закону Гука: ,

Где — относительная продольная деформация;

— механическое напряжение в проводнике;

Е — модуль упругости материала проводника.

Относительная поперечная деформация:, где — коэффициент Пуассона материала.

Активное сопротивление:, где — удельное сопротивление, s — площадь, l — длина.

Относительное изменение сопротивления под действием упругой деформации:

.

К технико-метрологическим характеристикам ТИП также относят ползучесть, механический гистерезис, температурную нестабильность и группу динамических характеристик.

Заключение

При использовании импульсных методов для передачи аналоговых сигналов необходимо сначала преобразовать аналоговые данные в импульсную форму. Кодово-импульсная модуляция преобразует выборки напряжения в кодированное сообщение. Методы импульсной модуляции очень широко распространены в приложениях телеметрии.

Широкое распространение тензодатчиков объясняется целым рядом их достоинств:

— малые габариты и вес;

— малоинерционость, что позволяет применять тензодатчики как при статических, так и при динамических измерениях;

— обладают линейной характеристикой;

— позволяют дистанционно и во многих точках проводить измерения;

— способ установки их на исследуемую деталь не требует сложных приспособлений и не искажает поле деформаций исследуемой детали.

А их недостаток, заключающейся в температурной чувствительности, можно в большинстве случаев скомпенсировать.

Список используемой литературы Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов.

М.: Высшая школа, 1988. — 546c.

Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. — СПб.: Питер, 2003. — 608 с.

Пилипчук Н.И., Яковлев В. П. Адаптивная импульсно-кодовая модуляция. М.: Высшая школа, 1986. — 296 с.

Web-версия учебного пособия «Теория сигналов и цепей»:

http://dee.karelia.ru/files/electro/theor.htm

http://ru.wikipedia.org/wiki/PCM

http://www.metro-date.org/metro11.html

http://www.tenzo-pribor.ru/cat622.html