- •Пермский государственный технический университет
- •Пермь 2004
- •Метрология. Основные понятия. (гост 16263-70)
- •Виды измерений.
- •Методы измерений.
- •Технические средства измерений.
- •Датчики физических величин.
- •Классификация датчиков.
- •1. Датчики:
- •Датчик, его метрологические характеристики.
- •Требования к датчикам.
- •Принципы развития датчиков.
- •Резистивные датчики.
- •Существует две схемы включения
- •Тензорезисторы.
- •Конструкция проволочного тензорезистора.
- •Тонкая фольга высокоомного сплава наносится
- •Конструкция пленочного тензорезистора.
- •Погрешности.
- •Градуировка тензодатчиков.
- •Схемы включения тензодатчиков.
- •Датчики давления.
- •Индуктивные датчики
- •4. Погрешность индуктивного датчика
- •Трансформаторные датчики.
- •Индукционные измерительные преобразователи.
- •Пьезоэлектрические преобразователи .
- •Магнитоупругие преобразователи (параметрические ).
- •Цифровые измерительные преобразователи. (ацп)
- •Преобразователи угла с электрической редукцией (редуктосины).
- •Частотные датчики.
- •2. Расходомер со сносом метки.
- •2.Ультразвуковой уровнемер.
- •Емкостные датчики
- •Измерение температуры.
- •Датчики расширения.
- •Терморезисторы .
- •Полупроводниковые терморезисторы.
- •Схемы включения
- •Автоматический уравновешивающий мост (мс-01).
- •Термопары.
- •Конструкции промышленных термопар.
- •Скоростная термопара.
- •Характеристики термопар и погрешности.
- •Автоматический компенсатор ( автоматический потенциометр пс – 01).
- •Пирометры.
- •Радиационные пирометры (рапир).
- •Яркостные пирометры.
- •1) Яркостный пирометр с исчезающей нитью(оппир).
- •2) Яркостный пирометр с оптическим клином.
- •Цветовые пирометры.
- •Измерение давления.
- •А) Жидкостные манометры.
- •Б) Манометры с упругими преобразователями.
- •Измерение уровней (жидкости в резервуаре, сыпучих веществ).
- •Поплавковый датчик уровня с постоянным погружением.
- •Поплавковый датчик уровня переменного погружения (буйковый датчик).
- •Гидростатические уровнемеры
- •Электрические уровнемеры
- •Измерение уровня сыпучести
- •Измерение параметров движения
- •Измерение пути
- •Измерение скорости
- •Тахогенератор постоянного тока
- •Асинхронный тахогенератор
- •Синхронный тахогенератор
- •Частотные датчики скорости
- •П ростейший датчик
- •Фотоэлектрический датчик
- •Индукционный бесконтактный датчик дчв-2500
- •Стробоскопический способ измерения скорости
- •Измерение постоянных ускорений
- •Измерение переменных ускорений (вибраций)
- •Измерение механических усилий.
- •Датчик для измерения линейных моментов.
- •Измерение крутящих моментов
- •Бесконтактный оптический датчик:
- •Фазоимпульсный датчик момента
- •Индуктивный торсиометр
- •Измерение угловых и линейных размеров
- •Реостатный датчик
- •Индуктивный датчик
- •4. Линейная схема включения лвт.
- •5. Сельсин
- •Измерение состава и концентрации вещества по электропроводности.
- •1.Кондуктометрический преобразователь для измерения концентрации соли.
- •2.Потенциалометр – прибор для измерения активности (концентрации) водородных ионов.
- •3.Кулонометрический преобразователь для измерения влажности газов.
- •4.Полярографический преобразователь для исследования состава раствора.
- •Литература по курсу
Тензорезисторы.
Различают:
проволочные,
фольговые,
пленочные,
жидкостные,
полупроводниковые.
Конструкция проволочного тензорезистора.
Очень тонкая проволока уложена в виде решетки и заклеена между
двумя слоями тонкой бумагой. Выводы - мягкая медная проволка. А
Диаметр: 0.02 – 0.05
Материал: высокоомные сплавы (константант, манганин, нихром).
А – база от 5 до30 мм высота
3 – 10 мм ширина
R= 50,100,200,400,800 Ом - сопротивление.
Конструкция фольгового тензорезистора.
Тонкая фольга высокоомного сплава наносится
методом травления. Выводы медные.
Конструкция пленочного тензорезистора.
Получаются осаждением пленки высокоомного материала, т.е. пленка из металла или кремния.
КНС – кремний на сапфире,
КНК – кремний на кремнии.
Тензодатчики используют для измерения механических напряжений, деформаций.
Выходной величиной является сопротивление.
где – удельное сопротивление.
S – площадь поперечного сечения в мм2
ℓ - длина проводника в м.
Определим чувствительность.
- полная производная.
- относительная чувствительность
- коэффицент Пуассона
Продольная чувствительность S1 ≈ 2
Для измерения деформации тензодатчик наклеивается на поверхность вдоль направления действия силы.
Р
Сжимающая деформация
Балка
Растягивающая деформация
Погрешности.
1.Погрешность градуировки. Строится усредненная номинальная характеристика, что и приводит к возникновению погрешности между действительной и номинальной (1.5%).
2. Погрешность от поперечной составляющей около 0.5% у проволочных, а у фольговых отсутствует.
3.Температурная погрешность. Определяется зависимостью сопротивления проволоки от температуры. При изменении температуры датчик и деталь деформируются по разному, за счет разных коэффициентов расширения материалов. Компенсируется схемным способом.
Градуировка тензодатчиков.
= M/W
M = P*ℓ
W = b*h2 / 6
=P*ℓ*6 / b*h2
P – сила
– механическое напряжение.
М – изгибающий момент
W – момент сопротивления
Ползучесть – это не 100% передача деформации на датчик из-за некачественной приклейки.
Устраним погрешность от места установки датчика, т.е. механическое напряжение везде одинаково.
= P*ℓ*6 / k*ℓ*h2 = P*6 / k*h2
Схемы включения тензодатчиков.
Делитель U. Т.к. это параметрический датчик, его необходимо подключить к источнику.
При изменении Rтд будет изменяться Uвых
Uпит выбирается по документации.
C
При измерении температуры Rтд будет и будет
о
Uвых=I*Rтд
Схема включения – мостовая.
Если R3/R1= R4/R2, то Uвых = 0, т.е.
мост сбалансирован.
Если в одно из плеч моста включить тензодатчик, то Uвых моста будет зависеть от Rтд.
Чтобы устранить температурную погрешность используют схемы компенсации.
1.1-го типа.
Р
ТДр - рабочий
(ТДР)
перпендикулярно направлению силе.
При изменении температуры Rтдр и Rтдк изменяются одинаково, напряжение в точках a и b меняется одинаково: а = b = const
2. 2-го типа. Оба датчика рабочие, но т.к. они очень быстро нагреваются, то происходит термокомпенсация.
1 - сжимается R↑ ,
Тд1 2 – разжимается R↓ ,
Р
Тд2
Мостовая схема чувствительна к изменению R резисторов, включённых в соседние плечи
моста, если эти изменения с разними знаками.
Сопротивление включенные в диагональные плечи моста должны меняться одинаково (R1 и R2).
Питание моста может быть постоянным и переменным, но для практических
целей необходима балансировка моста:
а) Питание моста постоянным током.
Rш < Rб Изменяя положение движка можно балансировать мост.
=
Rш должно быть очень маленьким для
уменьшения пределов изменения Rбал,
т.е. нужна плавная подстройка( доли Ом).
б
~
Кроме измерения механического напряжения в реальных конструкциях и деталях ТД применяются в составе датчиков веса, давления, перемещения (тензолиты).