Измерительные цепи тензорезисторов

Наиболее распространённой измерительной цепью для тензорезисторов является мостовая измерительная цепь. Напряжение питания цепи определяется допустимым током (5...20 мА) и сопротивлением тензорезисторов, оно равно 2...12 В. Выходной сигнал моста с проволочным тензорезистором составляет не более 10...50 мВ при деформации el = 1 %, выходной сигнал моста с полупроводниковым тензорезистором имеет тот же порядок, но при деформации el = 0,1 %.

При измерении низкочастотных сигналов (20...200 Гц) может быть рекомендовано импульсное напряжение питания. Основным фактором, определяющим выбор измерительной цепи тензорезисторов, является возможность снижения температурных погрешностей нуля и увеличении чувствительности. При дифференциальном включении тензорезисторов в два соседних плеча моста удаётся понизить температурную погрешность нуля в 10...20 раз.

На рисунке 4.3 показана упрощённая функциональная схема измерительной системы с использованием четырёх тензорезисторов для измерения деформации (перемещения).

Система включает в себя мостовую схему из четырёх тензорезисторов, источник питания (используется источник напряжения, так как для проволочных и фольговых тензорезисторов относительные изменения сопротивления вг не превышают 2 %, а нелинейности, вносимые мостовой схемы, относительно малы), усилитель и АЦП.

Измерительная цепь тензодатчиков

Рис. 4.3. Измерительная цепь тензодатчиков

Если Uu = 5 В, х = ОД % и коэффициент усилия равен произведению коэффициентов усиления буферного (DAI, DA2) и дифференциального (DA3) усилителей:

то поступающий на К2 ВХ°Д АЦП сигнал Ua равен:

Тензодатчики — устройства с низким входным сопротивлением

120...350 Ом. Это означает, что напряжения в проводах, соединяющих источник питания с мостом, могут приводить к существенному изменению питающего напряжения. Поскольку выходное напряжение моста прямо пропорционально питающему напряжению, то его изменение будет приводить к небольшой погрешности усиления.

В целях устранения этой погрешности применяют измерительные цепи, в которых выходной ток тензомоста уравновешивается током дополнительного источника, то есть выполняется условие Нвых = 0; при этом выходной величиной является уравновешивающий ток /вых. Пример такой цепи показан на рисунке 4.4.

Питание тензомоста R1} R2, R3, R4 осуществляется от стабилизатора тока ИТ. Операционный усилитель DA1, охваченный цепью параллельной отрицательной обратной связи, уравновешивает мост за счёт подачи тока 1ВЫХ в узел а выходной диагонали моста. Дополнительный усилитель DA2 реализует «плавающее» питание моста таким образом, что потенциал узла Ъ оказывается близким к нулю. В этом случае выходное напряжение преобразователя будет равным

ГД 6 -^вых Cl ).

Схема квазиуровновешенного моста с тензорезисторами

Рис. 4.4. Схема квазиуровновешенного моста с тензорезисторами

Цепь из резисторов R6, R7 предназначена для установки начального уровня выходного напряжения. В данной схеме удаётся в значительной степени уменьшить влияние сопротивления проводов линий связи с датчиком. Практически сказывается влияние лишь сопротивления гл провода, по которому протекает ток выхода /вых, но это влияние невелико, поскольку величина гл обычно много меньше сопротивления Я5, задающего коэффициент передачи устройства.

Вопросы и упражнения к главе 4

  • 1. Дайте сравнительную характеристику проволочных и фольговых тензо- резисторов.
  • 2. Дайте сравнительную характеристику проводниковых и полупроводниковых тензорезисторов.
  • 3. Объясните физическую сущность изменения удельного сопротивления при деформациях.
  • 4. Дайте понятие базы тензорезистора и объясните её роль в процессе измерений.
  • 5. Что такое ползучесть тензорезистора, чем она определяется?
  • 6. Для измерения каких параметров используют эластичные тензодатчики?
  • 7. Нарисуйте мостовую измерительную цепь тензорезистора с одним чувствительным элементом. Выведите её функцию преобразования.
  • 8. Обсудите трудности, возникающие при использовании эластичных датчиков деформаций, а также способы их устранения.
  • 9. В измерителе кровяного давления используется мостовой тензодатчик, на который подано постоянное напряжение 5 В. Полной шкале соответствует изменение сопротивления каждого плеча на ±0,3 %. Разработайте усилитель с максимальным коэффициентом усиления, который возможен без ограничения выходного напряжения. Используйте наименьшее количество элементов.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >