Теорія роботи не рівноважних мостів

Розглянемо рис. 3.2 і простежимо за напрямком руху струму в окремих ланках ланцюга. За початкову точку схеми приймаємо плюсову, а за кінцеву - мінусову клеми джерела живлення. Від плюса батареї загальний струм живлення прямуватиме до вузла А, де він розділиться на дві частини: струм , і струм . Від точки А до мінуса джерела живлення (точки Б) струм піде двома шляхами: через рамено , вимірювач, рамено і через рамена і . Струм також піде двома шляхами: через рамено , вимірювач, рамено і через рамена і . Отже, через вимірювальний прилад проходять одночасно два протилежно напрямлених струми. Якщо вони збігаються за величиною, то результуючий струм =0. Це буде у тому випадку, коли схема збалансована. Якщо ж схема розбалансована, то через вимірювач проходить струм розбалансу, що дорівнює різниці двох зустрічних струмів. Величина цього струму залежить від ступеня розбалансування схеми і величини напруги живлення , а напрямок - від полярності прикладеної до точок А і Б напруги та від знака приросту опору в активному рамені .

Основним критерієм для оцінки якості роботи мостової схеми є характеристика перетворення, що показує залежність струму розбалансування від відносного приросту опору в одному чи декількох активних раменах.

3.1.4 Включення тензодатчиків у схему моста Уінстона (Вінстона)

На рис.3.3 зображені чотири варіанти включення тензодатчиків в схему моста Уінстона. Переваги і недоліки кожного з них розглядаються нижче за допомогою рівнянь, що описують чутливість за вихідною напругою і не лінійність функціонування моста.

а б

в г

Рис. 3.3. Варіанти включення тензодатчиків в схему моста Уїнстона (Вінстона),

(АД - активний; КД - компенсувальний датчик).

Варіант 1. Єдиний активний тензодатчик включено в рамено (рис. 3.3, а). Така схема використовується як для статичних, так і для динамічних вимірів, коли температурна компенсація не має істотного значення. Резистори ,та підбирають так, щоб забезпечити початкове балансування моста і максимальну чутливість схеми. У цьому варіанті робота моста характеризується найбільшою не лінійністю, а тому, для забезпечення похибки вимірювань в межах 1% необхідно, щоб відношення - приросту опору тензодатчика до його початковогоне було більшим за 0,02.

Чутливість вимірювальної схеми на базі моста Уінстона з тензодатчиком характеризується зміною напруги на одиницю деформації e, яка також дорівнює добутку чутливості тензодатчика на чутливість моста , де

. (10)

Отже,

. (11)

З рівняння (11) випливає, що на чутливість системи впливають чотири чинники. Перший - ефективність схеми , що обмежує допустимий рівень напруги таким практичним діапазоном: [50% (r=1), 80% ( r=4), 90% (r=9)]. Другий чинник - чутливість тензодатчика , що для металевих датчиків знаходиться між 2 і 4. Третій чинник - розсіювана датчиком потужність , що залежить від матеріалу, на якому встановлено датчик і розмірів тензодатчика. Четвертий чинник - опір датчика , який лежить в діапазоні 120…1000 Ом.

Варіант 2. Схема моста Уінстона з двома активними раменами і(рис. 3.3, б). В цій схемі і - постійні опори. Є два способи використання цієї схеми.

Перший з них забезпечує температурну конденсацію для одного активного датчика в положенні , коли компенсувальний датчик в положенні має таку ж температуру, що й активний. Для цього необхідно наклеювати обидва датчики на одному і тому ж матеріалі. Не лінійність роботи схеми така, як і для одного активного датчика в варіанті 1. Єдиною перевагою даної схеми перед варіантом 1 є зниження температурної чутливості схеми.

Другий спосіб застосування цієї схеми дає змогу отримати підвищену чутливість за збереження температурної компенсації і зменшення не лінійності. Нехай датчики 1 і 2 встановлені відповідно на верхній і нижній поверхнях одного і того ж поперечного перерізу балки. У цьому випадку, обидва датчика знаходяться в однакових теплових умовах і температурні зміни опору не допускаються. Деформації двох датчиків за згину балки повинні мати протилежні знаки (і однакову величину). Тому вихідна напруга подвоюється за умови, що деформації однакові за величиною і протилежні за знаком. Таким чином, використання пари датчиків у цьому випадку дозволяє збільшити чутливість схеми, знизити не лінійність і виключити температурну залежність. Головним недоліком цієї схеми є те, що і ефективність схеми 50%.

Варіант 3. Два активних датчики встановлені в раменах ісхеми (рис. 3.3, в). Раменоможна використовувати так само, як в варіанті 2, для забезпечення температурної компенсації і для підвищення чутливості. Принциповою перевагою варіанту 3 над варіантом 2 є можливість збільшити ефективність схеми з 50% для до 80% - 90% при значеннях від 4 до 9, оскільки для початкового балансування моста не потребується . Окрім того, якщо відношення та мають однакову величину і протилежні знаки, то для будь-якого значення не лінійність дорівнює нулю. У випадку, коли рамено є активним, а рамено - термокомпенсувальним, нелінійний член має такий самий вигляд, як і схемі з одним активним датчиком. Чутливість схеми наближується до чутливості моста з чотирма раменами, що описані нижче.

Варіант 4. У цьому випадку (рис. 3.3, г) використовують чотири активних тензодатчики так, що повинно дорівнювати одиниці. У такій схемі досягають повної температурної компенсації за умови, що однакові датчики встановлені на поверхнях одного і того ж матеріалу і вони є в однакових температурних умовах.

Основні переваги моста з чотирма раменами - температурна компенсованість, лінійність і можливість конструювати вимірювальні схеми, що не допускають небажану чутливість до згинального чи осьового навантаження .

Аналіз чутливості розглянутих варіантів схем показує, що чутливість може змінюватися від для варіанта 2 до для варіанта 4 за значення для варіанта 1 (). У загальному випадку, використання диференціальних підсилювачів з високим коефіцієнтом підсилення для підвищення чутливості вимірювальних схем є економічнішим від використання декількох тензодатчиків.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Мостовий метод вимірювання опору	\|	Складові частини клейових композицій

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.03 сек.