При установке ТЧЭ на деформационный преобразователь, например, на мембрану в датчике давления, резонансная частота определяется выражением




, (1.21)

 

где Е – модуль Юнга материала мембраны; m 0 – масса единицы площади мембраны; h – толщина мембраны; R – радиус мембраны.

 

 

 
 

Рис.2 Варианты схем размещения тензорезистивных чувствительных

элементов на исследуемых элементах конструкции

 

В последнее время промышленность изготавливает этот преобразователь из монокристаллов: кремния, германия, арсенида галлия и др. Ценным качеством этих преобразований является то, что SТЗЭ= -200¸+850 при очень малых базах до 2,5мм и способностях работать при температурах –250 до +250°С.

Область применения при напряжениях ³s0 (1¸2)×107 н/м2, а по частоте до десятков кГц.

 

Некоторые рекомендации по расчету и проектированию ТРП напряжений и деформаций:

1. При проектировании ТРП деформаций el и напряжений s необходимо учитывать, что при неравенстве коэффициентов линейного расширения материалов исследуемого элемента конструкции и ТЧЭ (тензорезистора) могут возникнуть значительные погрешности.

Например: При размещении ТЗР из константана на испытуемой детали из стали ТЧЭ будет испытывать после его установки на деталь деформацию сжатия, так как температурный коэффициент расширения на 30–35% меньше, чем константана.

2. Учитывая, что механическое напряжение s, как и деформация D l является векторной величиной, т.е. имеет определенное направление. Поэтому ТЧЭ должен устанавливаться на поверхность исследуемой детали вдоль направления исследуемой, измеряемой деформации или напряжения. Так при измерении напряжений сжатия или растяжения витки или полоски проволочного ТЧЭ должны располагаться вдоль направления действия силового фактора (силы F). При исследовании деформаций скручивания под углом 45° к образующей вала (рис.2,в)

3. Длительное время при испытаниях элементов конструкций механизмов и машин использовались ТЧЭ с бумажной подложкой. База у них l 0 = 8 – 15 мм, а ширина преобразователей порядка 3 – 10 мм, R 0=50 – 150 Ом. В некоторых случаях l 0 » 100 мм, а R 0= 800–1000 Ом при el =D l/l £2,5×10-3 и SТЗП = 0,5¸4; eR=(1,25–10)10-3. Таким образом, относительные изменения RТЗР не превышает 1%, при предельных внутренних напряжениях в материалах исследуемых деталей (из металла). Поэтому изменение RТЗР от внешних факторов не должно превышать сотых долей процента.

4. При включении ТЗР в измерительный мост постоянного тока

(1.23)

 

Если принять Sтчп=2, то

, (1.24)

 

тогда для равноплечного моста

или . (1.25)

Для стали Е=200 Гпа и Uп = 4В.

s, МПа D l/l DU, мВ
  10-4 0,4
  10-3  
  10-2  

 

 

Алгоритм расчета

 

1. При расчете и проектировании ТРП напряжений и деформаций неоходимо учитывать следующие группы требований:

– Функциональные требования;

– Контруктивно-технологические;

– Эксплуатационные.

Исходные данные для расчета должны включать:

Диапазон измеряемых напряжений Ds =103 или деформаций ,по которым выбирается материал ТЧЭ с коэффициентом тензочувствительности обеспечивающим выходной сигнал достаточный для последующего преобразования при минимальном значении (приращения) измеряемой величины (s, el). Кроме того, коэффициенты температурного расширения ТЧЭ и материала объекта контроля должны быть максимально близкими. Выбор размеров ТЧЭ из условия достаточности площадки на объекте контроля (ОК) для его размещения.

2. Выбор материала подложки осуществляется с учетом обеспечения необходимых изоляционных свойств и коэффициента температурного расширения(ТКЛР) возможно близкого к ТКЛР материала ТЧЭ и ОК.

3. Выбор варианта компоновки (установки) ТЧЭ на ОК следует выполнять из условия максимального ограничения действия поперечной чувствительности ТЧЭ.

4. Выбор числа активных ТРЭ и схемы их включения, обеспечивающих максимальную чувствительность ТРП в целом и удовлетворяющую требованиям линейности функции преобразования и некоторой компенсации температурной погрешности.

5. Выбор и расчетное обоснование напряжения питания электро-измерите-льной схемы выполнется с учетом обеспечения требований по уровню выходного электрического сигнала (приращения напряжения) а так же при с учете ограничений по исключению саморазогрева ТРЭ измерительным током.

6. Оценка динамических свойств системы «деталь - ТЧЭ», определение граничной резонансной частоты из условия заданной динамической погрешности.

7. Анализ и оценка результирующей погрешности ТЧЭ, s и el, определение доминирующих составляющих погрешностей и мер по их уменьшению при необходимости.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: