Файл: Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами.pdf

102 5. Техническое применение тензорезисторов

Из 6-й колонки таблицы видно, что, за исключением примеров 1 и 2, каждый раз измеряется лишь один вид нагружения, что всегда желательно при измерении определенной величины уси­ лия. Если же нас интересует не нагружение, а общее напряжен­ ное состояние в определенной точке поверхности элемента конструкции, то следует применять схемы и размещение тензоре­ зисторов в соответствии с разд. 5.2.2 и 5.3. В этом случае охва­ тывается полная деформация, вызванная всеми приложенными видами нагружения.

Из данных табл. 5.1 можно также сделать вывод, что как с помощью полумостовой схемы, так и схемы полного моста можно измерить одну и ту же величину нагружения. Правда, эти ва­ рианты, помимо коэффициента чувствительности B's = Unn/Un^ измерительного моста, заметно отличаются также и затратами на проведение измерений. Нагружения на растяжение и сжатие должны измеряться с помощью полумоста (примеры 1 и 2) лишь в том случае, когда с самого начала исключается наложение за счет изгибающего нагружения (как, например, у элементов кон­ струкций на карданной опоре, у тросов, очень тонких раскосов решеток металлоконструкций и т. д.).

Кроме того, в измерениях, где предъявляются высокие тре­ бования к точности, при выборе соответствующего варианта не­ обходимо учитывать также сделанные в разд. 4.2 замечания относительно линейности коэффициента чувствительности моста.

5.5.Особые случаи схем включения

иприменения тензорезисторов

Вданном разделе рассматриваются особые варианты схем включения и особые случаи применения, взятые из практики работы с тензорезисторами. Раздел не претендует на полноту изложения, а показывает лишь необходимость критического под­ хода к решению практических задач измерения.

5.5.1.Компенсация неравномерного распределения механического напряжения

Как при изгибающей нагрузке, так и при нагрузке на рас­ тяжение распределение напряжения во внешнем волокне в слу­ чае, когда размеры элемента конструкции не отвечают требова­ нию «продольные размеры намного больше размеров попереч­ ного сечения», может быть неравномерным. Для компенсации случайных отклонений в зависимости нагрузка — механическое напряжение, возникающих в результате произвольного выбора точки измерения, в подобных случаях рекомендуется последова­ тельно-параллельное соединение нескольких тензорезисторов.

Поясним это на практическом примере. Пусть требуется по­ очередно измерить силы F, действующие на опоры различных машин. Поскольку положение опоры относительно динамомет­ рического чувствительного элемента может в известных преде­ лах колебаться, последний должен иметь достаточно большую поверхность. Были выбраны конструкция и схема, представлен­ ные на фиг. 5.12.

от пространственного соответствия между точками измерения и точкой приложения силы.

Напряжение питания моста Un не изменилось, так как в представленной схеме не меняется сопротивление моста.

5.5.2. Применение тензорезисторов на вращающихся элементах конструкций

Измерение деформаций на вращающихся элементах кон­ струкций в обычном случае исключает возможность непосред­ ственного соединения источника питания, тензорезисторов и уси­ лителей или тензорезисторов и измерительного моста с помощью экранированных кабелей. Если не удается закрепить стабилизи­ рованный источник постоянного напряжения, весь измеритель­ ный мост и регистрирующий прибор (а тем самым и все изме­ рительное устройство) на вращающемся элементе конструкции или бесконтактно передать результат измерения на показываю­ щий измерительный или регистрирующий прибор (например, с помощью передатчика с частотной модуляцией) [4, 10], то пи­ тающее напряжение к тензорезисторам и электрическое напря­ жение измерительной диагонали моста должны коммутироваться через вращающийся измерительный коллектор.

Простейшие вращающиеся коллекторы с контактными коль­ цами обладают тем недостатком, что их переходное сопротивле­ ние изменяется в зависимости от температуры и давления щетки на контактные кольца [2, 8, 11]. Если коммутатор с контактными кольцами включается в полумост (фиг. 5.13,а), то при измерении с проволочными тензорезисторами возможны погрешности по­ рядка 10% и выше, так как контактное изменение сопротивле­ ния коммутатора ДRK накладывается на незначительное измене­ ние сопротивления тензорезистора АЯмех- В таких случаях при­ менение полупроводниковых тензорезисторов значительно более

а) Полумост 5) Полный мост

Фиг. 5.13. Схема вращающегося коллектора в измерительном мосте.

выгодно, так как их изменение сопротивления Д^мех под влия­ нием механической деформации в 50—100 раз выше (коэффи­ циент К в 50—100 раз выше, чем у проволочных тензорезисто­ ров).

При использовании схем полного моста на вращающемся элементе конструкции (согласно примерам 6 и 8 табл. 5.1, это возможно для всех практически интересных случаев нагруже­ ния) коммутаторы с контактными кольцами включаются после­ довательно с внутренним сопротивлением источника питающего напряжения и с включенным в диагональ моста для преобразо­ вания напряжения UmL усилителем или вольтметром с высоко­ омным входом (фиг. 5.13,6). Поэтому незначительное изменение переходного сопротивления контактов практически не влияет на результат измерения.

Конструкции коммутаторов с контактными кольцами или соответственно варианты схем, у которых изменение переходного сопротивления компенсируется полностью или находится в ма­ лых пределах, описаны в упомянутых выше литературных источ­ никах.

По той же причине, по какой применение коммутаторов с контактными кольцами в полумостовых схемах нежелательно, следует также избегать применения в измерительном мосте про­ стейших штепсельных разъемов (например, однополюсных штеп­