Установка и применение тензодатчиков

Связь между деформацией е_х и вызвавшим эту деформацию напря­жением а_х определяется законом Гука: а_х = Ее_х, где константа Е — модуль упругости (модуль Юнга). Эта связь предопределяет широкое использование тензодатчиков для измерения силовых нагрузок и дав­лений. На рис. 8.17 представлен один из возможных измерительных преобразователей давления на основе тензодатчика это ИС LX1701G — функционально законченный преобразователь давления со всеми необходимыми схемами формирования выходного сигнала (» 10 В). Микросхема находится в жестком цинковом корпусе с ли­тым разъемом. Для тех применений, где не допускается использова­ние металлических оболочек, выпускаются микросхемы в литом корпусе из нейлона. Преобразователь имеет внутренний стабилизиро­ванный источник напряжения для питания моста, схему компенсации ТКС, пьезорезистивный мост, схему температурной компенсации вы­ходного напряжения и выходной усилитель на ОУ. Возможна термо­стабилизация преобразователя с помощью датчика температуры, обеспечивающего точный контроль температуры окружающей сре­ды; при использовании такого датчика большие колебания темпера­туры приводят лишь к очень малым изменениям выходного напряжения, причем наблюдается отличная воспроизводимость ха­рактеристик. Защитное покрытие предохраняет все части схемы от воздействия большинства коррозийных или проводящих жидкостей. Датчик измеряет давления в диапазоне от —3,5 до 35 кПа, откалиброванное выходное напряжение изменяется от 2,5 ± 0,2 В до 12,5 ± 0,2 В; паспортное давление равно 280 кПа, а максимальное ± 350 кПа. Паспортное давление — это максимальное давление, ко­торое можно приложить к мембране преобразователя без последую­щего ухода его рабочих характеристик за пределы установленных значений точности и воспроизводимости. Выходное напряжение пре­образователя можно сместить в диапазон 0—10 В путем подключения вывода V_z в нижней части схемы к источнику отрицательного напря­жения. Типичное значение температурного коэффициента выходного напряжения примерно ± 0,04% от полного диапазона на 1 ° С, а чув­ствительность выходного напряжения к изменению напряжения пита­ния не хуже ± 0,3%. Напряжение питания преобразователя — от 15,5 до 25В. Сопротивления резисторов подгоняются с помощью лазеров при заключительной калибровке.

Рисунок 8.17. Преобразователь давления.

При наклейке тензодатчика непосредственно на деформируемый объект удается измерять только относительно малые перемещения. Большие перемещения можно измерить, наклеивая тензодатчик на гибкую балку и соотнося неизвестное перемещение As со смещением свободного конца этой балки, как показано на рис. 8.18.

Рис. 9.10. Измерение деформаций при изгибе с помощью гибкой балки.

Неправильная установка тензодатчика на контролируемом образ­це может привести к значительным погрешностям из-за ползучести материалов, влияния влаги, плохой электрической изоляции от кон­тролируемого участка и ряда других факторов. Ориентация датчика также имеет важное значение для исключения погрешностей, и поэто­му предварительный испытательный прогон ° (если он возможен) с использованием хрупкого лака может дать ценную информацию о на­правлении «потока» деформации, которая помогает правильно рас­положить датчик.