Главная Операционные усилители



Вид электрической схемы, в которую включается Ru зависит от того, какая информация должна быть получена. Для схемы, представленной на рис. 10.6, £пол=10 В, когда поршень находится в крайнем правом положении. Напряжение, снимаемое с выхода этой схемы, представляет собой аналог объема жидкости, вытесненной поршнем, при этом масштабный коэффициент равен 100 мВ/мкл.

Если соединение сделать по-другому, выходное напряжение будет пропорционально объему оставшейся в шприце жидкости.

Этот сигнал можно также использовать для получения сигнала скорости потока. Скорость потока - это, очевидно, первая производная по времени от объема резервуара. Следовательно, значение dEnoJdt, снимаемое с выхода электронной дифференцирующей схемы, на которую подается сигнал положения, пропорционально скорости потока. Для измерения многих физических и технических параметров можно рекомендовать следующий способ: сначала измеряется сигнал, который легко получить, а затем он подается на соответствующую схему обработки. Конечно, прежде чем использовать такие зависимости, необходимо разобраться в математических зависимостях и физических процессах. Вам может понадобиться, например, найти производную, интеграл, векторную сумму, усилить, перемножить или разделить два или несколько сигналов или констант, или обработать всего один сигнал напряжения.

Тензометрические датчики

Тензометр - это резистивный элемент, электрическое сопротивление которого изменяется при механической деформации. Это явление называется пьезоэффектом. Деформация может быть продольной, поперечной или деформацией формы.

В больщинстве применяемых на практике тензометрических датчиков, по крайней мере в тех из них, которые выпускаются промышленностью, используют четыре тензометра, образующих схему моста Уитстона. Прежде чем переходить к дальнейшему обсуждению тензометров, введем некоторые определения и термины. Определим, в частности, такие понятия, как тензометра-ческий коэффициент и коэффициент чувствительности. Обозначаются они через К viW соответственно.

Тензометр вызывает изменение электрического сопротивления цепи, которое соответствует приложенной силе, вызывающей деформацию. Размеры тензометра изменяются: он растягивается или сжимается точно так же, как растягивается или сжимается обследуемый объект. Как вы помните из элементарной физики, электрическое сопротивление провода определяется следующим выражением:

i? = p(LM), (10.28)

12 179



тде р - константа, характеризующая свойства электрической проводимости материала, зависит от типа проводника; L - длина проводника; А - поперечное сечение проводника; R - электрическое сопротивление проводника в омах.

Как следует из формулы (10.28), можно говорить об изменении сопротивления проводника, обусловленном изменением от-кощения LjA под действием сил деформации.

По определению тензометрический коэффициент определяется следующим соотношением:

K = {ARIR)(MIL); (10.29)

иногда это соотношение записывается в следующем виде:

K={ARIR)/e, (10.30)

где е - отношение AL/L, представляющее осевую деформацию.

Чувствительность датчика позволяет нам оценить величину выходного напряжения через возбуждающее напряжение Ei и измеряемый физический параметр. Чувствительность определяется следующим выражением:

WEb,J{EX), (10.31)

где Ч*" - коэффициент чувствительности, В/В/ед. измерения X; Евык - выходное напряжение; Ei - возбуждающее напряжение; X -физический параметр, измеряемый с помощью датчика.

В датчиках, применяемых на практике, более удобна следующая единица измерения коэффициента: мкВ/В/ед. X. Пример. Коэффициент чувствительности датчика давления равен 10 мкВ/В/тор. Чему равно выходное напряжение, если значение приложенного давления составляет 400 тор, а возбуждающее напряжение равно 10 В? Воспользуемся уравнением (10.31):

вых = Д1=10В-400 тор. 10 мкВ/(тор=В) =

= 10.400-10 мкВ = 4.10* мкВ, или 0,04В. (10.32)

Тензометрический коэффициент можно использовать при расчете схемы моста. Для моста, изображенного на рис. 10.7, можно записать

dE,,jdS=[RMRA+Ri)] /Д, (10-33)

где йЕвых - скорость изменения выходного напряжения; dS - скорость изменения сопротивления тензометра А; /; - ток через тензометр Л; К - тензометрический коэффициент.

Тензометры находят применение в датчиках, предназначенных для измерения деформации, силы, нагрузки, крутящего момента, давления, веса, вибрации, расхода жидкости и многих других механических и физических параметров.

В основе работы всех резистивных тензометров лежит описанный выше пьезоэффект, тем не менее в конструктивном от-




Рнс. 10.7. Схема моста Уитстона на тензометрах.

Ri=Ri и в состоянии покоя ЛдЛд.

ношении различные типы тензометров существенно отличаются друг от друга. Выпускаются тензометры проволочного и непроволочного типа.

Проволочный тензометр представляет собой туго натянутый провод небольшой длины. Держатели, на которых укреплен проводник, растягивают его под влиянием растягивающей силы и позволяют ему уменьшать свою длину при сжатии.

Существуют тензометры, состоящие из одного элемента, но более широкое применение находят тензометры, состоящие из четырех элементов, соединенных по схеме моста Уитстона. Схема построена так, что под действием любой деформирующей силы два тензометра находятся в сжатом состоянии, а два других- в растянутом. С точки зрения электрических параметров такая схема моста обладает более высокой чувствительностью.

Непроволочный тензометр состоит из кусочка тонкой металлической фольги или полупроводникового резистивного элемента, приклеенного к изолятору, который в свою очередь связан с металлической диафрагмой. К диафрагме прикладываются деформирующие силы, а она деформирует тензометр. Здесь опять используют четыре тензометра, соединенных по схеме моста Уитстона.

Рассмотрим для примера жидкостный датчик давления, которым обычно пользуются врачи и физиологи в клинической практике и научной работе. Воздействию подвергается тонкая, легко деформируемая металлическая диафрагма. К ней приклеены четыре тензометра.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 [58] 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0112