Модернизация склерометрического комплекса для измерения твёрдости
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?ое разностному сигналу, умноженному на коэффициент усиления.
Сигналы от емкостного и тензометрического датчиков поступают на аналоговый вход контроллера, где происходит дальнейшая оцифровка сигналов и их преобразование по заданному алгоритму.
.5 Обзор измерительных преобразователей для контроля силы и перемещения
Для измерения силы и перемещения могут использоваться магнитоупругие, ёмкостные, тензорезистивные, индуктивные и пьезоэлектрические измерительные преобразователи [СамГТУ.200501.059.009.07].
2.5.1 Магнитоупругие ИП
Принцип действия и конструкции магнитоупругих ИП [1, 2, 4].
Принцип действия магнитоупругих ИП основан на магнитоупругом эффекте и заключается в изменении магнитной проницаемости ферромагнитного материала под действием упругих деформаций.
Магнитоупругие ИП являются разновидностью индуктивных ИП с замкнутым магнитопроводом. При наличии второй обмотки он может работать как трансформаторный преобразователь.
Различные варианты выполнения магнитоупругих ИП показаны на рис. 8.5. При воздействии механической силы F в чувствительном элементе 1 возникают механические напряжения s, которые обусловливают изменение магнитной проницаемости m чувствительного элемента и магнитного сопротивления RM преобразователя. При этом изменяется индуктивность L обмотки 2 (рис. 8.5 а) или взаимная индуктивность М между обмотками 2 и 3 (рис. 8.5 б, в).
а) б) в)
Рисунок 18 - Магнитоупругие ИП:
F - нагрузка, Н; 1 - чувствительный элемент; 2, 3 - обмотки.
В магнитоупругих преобразователях возможно использование изменения магнитной проницаемости в одном направлении (рис.8.5 а, б) и использование изменения магнитной проницаемости вследствие анизотропии магнитных свойств ферромагнитных тел при их деформации, в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В первом случае реализуется цепь преобразований . При действии силы P в материале сердечника возникает механическое напряжение ?, изменяется ?, следовательно, и магнитное сопротивление сердечника Zм, а также индуктивность катушки L. А во втором-. При действии силы вследствие изменения магнитной проницаемости изменяется взаимная индуктивность М между обмотками и ЭДС вторичной обмотки Еz. Обмотки преобразователя 2 и 3 (рис. 8.5 в), основанного на анизотропии свойств, располагаются под углом 900 друг к другу. Преобразователь собран из пакета пластин, имеющих четыре отверстия. В отверстия уложены две обмотки: питания w1 и измерительная w2. Они расположены под углом 450 к направлению действия силы и под углом 900 друг к другу.
Достоинствами магнитоупругих ИП являются:
) большая выходная мощность, так как в них все тело чувствительного элемента, воспринимающего измеряемое усилие, является активным;
) малый прогиб под действием нагрузки;
) малое электрическое сопротивление.
2.5.2 Тензорезистивные ИП
Принцип действия тензорезистивных ИП [1, 2, 3, 4, 5] основан на явлении тензоэффекта, который заключается в изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при их деформации (т. е. при изменении размеров).
Рисунок 19 - Конструкция тензорезистора:
- подложка; 2 - тонкая проволока; 3 - контакты; 4 - тонкая бумага; 5 - исследуемая поверхность; а - ширина преобразователя; l0 - длина (база) преобразователя.
Устройство наиболее распространённого прополочного тензорезистора схематически представлено на рис 8.3.
На полоску бумаги (пленку клея) 1, называемую подложкой, наносится зигзагообразно тонкая проволока 2 (диаметром 0,020,03 мм), к концам которой привариваются или припаиваются контакты 3 из металлической фольги. Все это заливается клеем, а сверху проволока часто заклеивается еще тонкой бумагой 4 для предохранения от механических повреждений. Для изготовления проволок используются константам, нихром, платиноиридиевый сплав и др.
Длина l0 (рис. 19) называется базой преобразователя. Обычно l0 равна 815 мм. Однако в специальных случаях применяют тензорезисторы и с малой базой (до 2,5 мм). Ширина преобразователей - от 3 до 10 мм; сопротивление-порядка 50150 Ом. Когда размеры преобразователя не ограничиваются, то длина базы достигает 100 мм, а сопротивление - 8001000 Ом.
Образованная указанным способом решетка проволоки приклеивается к исследуемой детали 5 и воспринимает деформацию последней. Вместе с деформацией детали деформируется проволока, тем самым изменяется сопротивление преобразователя вследствие явления тензоэффекта. Входной величиной преобразователя является деформация, выходной-изменение сопротивления.
При деформации проводника изменяется его длина l и площадь поперечного сечения Q. Деформация кристаллической решётки приводит к изменению удельного сопротивления ?. Эти изменения приводят к изменению сопротивления проводника как показано в выражении 10:
(10)
Этим свойством обладают в большей или меньшей степени все проводники.
2.5.3 Ёмкостные преобразователи
Ёмкостные преобразователи [1, 2, 4, 5] представляют собой плоские или цилиндрические конденсаторы, ёмкость которых изменяется под воздействием неэлектрической величины.
Для плоского конденсатора емкость определяется по формуле 11:
(11)
а для цилиндрического конденсатора - по выражению 12:
, (12)
где ?а - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками конденсатора;
<