14.4 Схемы включения тензодатчиков
Как правило, одного тензорезистора явно недостаточно для измерения деформации объекта. Так, при начальном сопротивлении недеформированного тензорезистора, равном 100 Ом пределы изменения сопротивления при полной деформации составит всего 1 Ом, и при относительной погрешностью (1 – 2)%, в абсолютном выражении погрешность составит величины (0.02 – 0.04) Ом.
В зависимости от доступности поверхностей объекта схемы включения тензорезисторов именуются "четверть моста", "половина моста" и "целый мост". (рис. 14.7).
Рис. 14.7
По отношению к полному сопротивлению тензорезистора в относительных единицах точность измерения сопротивления окажется уже (0,02 – 0,04)%.
Уравнения для выходного напряжения моста получены в предположении, что в исходном состоянии ненапряженных датчиков выходное напряжение моста равно нулю, т.е. мост сбалансирован.
На схемах (рис. 14.8) принято, что сопротивления всех плеч моста, в том числе, сопротивления недеформированных тензорезисторов равны R. Напряжение питания моста Е0. Выходное напряжение, вызванное деформацией тензорезисторов. возникает в измерительной диагонали и обозначено через Uд.
Рис. 14.8
Четверть-мостовые схемы с одним тензорезистивным датчиком применяются в тех случаях, когда можно пренебречь влиянием внешних факторов, прежде всего – влиянием температуры (рис. 14.9).
Рис. 14.9
Полумостовые схемы обеспечивают существенную компенсацию температурных погрешностей. Применяется две основные конфигурации:
если объект подвергается изгибу, и обе его поверхности доступны, то тензорезпсторы приклеивают на обе противоположные поверхности так, чтобы тензорезисторы испытывали деформации, равные по величине, но противоположные по направлению (рис. 14.10);
Рис. 14.10
с одним активным тензорезистором 1, расположенным на деформируемом объекте и вторым – пассивным 2, расположенным вблизи первого, но не подвергающегося деформации (рис. 14.11).
Рис. 14.11
Схема полного моста, по аналогии с полумостовой схемой, может работать с двумя активными и двумя пассивными тензорезисторами или с четырьмя активными тензорезисторами, из которых два воспринимают деформацию растяжения, а два – деформацию сжатия (рис. 14.12).
Рис. 14.12
При подключении тензорезисторов необходимо:
■ принимать все известные меры по защите измерительных цепей от действия помех;
■ использовать соответствующее многопроводное подключение датчиков для исключения влияния соединительных проводников;
■ помнить, что тензорезистивные мостовые схемы необходимо первоначально балансировать, так как разброс номинальных значений тензорезисторов, даже из одной партии, может достигать единиц процентов;
■ для лучшей компенсации температурной погрешности, учитывая, что разброс сопротивлений тензорезисторов может достигать ±20%, необходимо, чтобы все четыре плеча имели близкие по значению номинальные сопротивления.
■ одним из методов температурной коррекции при измерениях служит применение наклеивания на испытуемую деталь двух преобразователей, подвергающихся равной деформации разного знака.