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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 66

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

254

8. Вторичные измерительные приборы

 

Сопротивление

Разбаланс, %

 

тензорезисторов, Ом

«средне»

«ТОЧНО»

 

600

± 4

± 1

 

300

± 2

±0,5

 

120

±0,8

±0,2

В устройствах, работающих с несущей частотой, предусмот­ рена возможность уравновешивания емкостной составляющей сопротивления при ее максимальном значении, равном ±200 пФ. В случае если невозможно обеспечить требуемый диапазон

Элем ент ы

уравновешивания

1...10

Фиг. 8.37. Блок-схема уравновешивающего устройства AG111.

уравновешивания моста, измерительным прибором ZE331 опре­ деляют величины нескомпенсированных активной и реактивной (емкостной) составляющих и в соответствии с полученными данными к блоку подключаются дополнительные конденсаторы и сопротивления.

Изменяя положение соответствующих контактных перемычек во входных цепях, можно подключать к блоку следующие раз­ новидности мостовых схем — полные и полумостовые схемы, четвертьмостовые схемы с сопротивлением 120, 300 и 600 Ом и четвертьмостовые схемы с трехпроводным соединением.

В качестве дополнительных сопротивлений мостовых схем в блоке AG111 применяются проволочные тензорезисторы, на­ клеенные на стальной образец.

Компенсационные тензорезисторы подсоединяются к AG111 и в процессе измерений автоматически подключаются к выбран­ ному каналу.


8.5. Автоматические коммутаторы

255

Предварительный подогрев тензорезисторов играет суще­ ственную роль.

Нагрев тензорезисторов моста, обусловленный его рабочим током, относительно невелик, поэтому температурный дрейф нулевого уровня всей мостовой схемы возникает лишь при вне­ запном подключении измерительного канала. Для уменьшения этого нежелательного эффекта тензорезисторные ЙП измери­ тельных каналов до их опроса предварительно подогреваются током источника, эффективное напряжение которого равно напряжению питания моста. Подобным же образом осущеставляется и предварительный подогрев компенсационных тен­ зорезисторов в отсутствие напряжения питания моста.

Для градуировки параллельно тензорезистору внешнего полумоста подключается (нажатием соответствующей кнопки) резистор с металлизированным покрытием. Разбаланс моста вы­ бирается таким, чтобы при сопротивлении тензорезистора R^p =

= 300 Ом и К =

2

кажущаяся деформация получалась равной

е = +0,1% . Для

других значений Дтр и К значение е вычис­

ляется по формуле

 

 

 

 

 

1 2

/?тр X 10

л

 

 

п к

300 Ом

/0 ’

где п — количество активных тензорезисторов.

Чувствительность блока AG111 корректируется доступным извне сопротивлением, включенным последовательно с цепью питания моста. При этом одновременно корректируется также чувствительность всех десяти каналов. Поэтому необходимо, чтобы в измерительных каналах использовались тензорезисторы с идентичными сопротивлениями и коэффициентами К (лучше всего, чтобы эти элементы были из одной выпущенной партии). Отбором и группировкой тензорезисторов с одинаковой чувстви­ тельностью обеспечивается создание измерительных каналов с идентичными характеристиками так, как это требуется для автоматизации сбора и обработки данных измерений.

Наряду с тензорезисторными мостовыми ИП к AG111 могут подключаться мостовые (полумостовые) схемы с индуктивными ИП и полупроводниковыми акселерометрами. Прочие виды по­ лупроводниковых ИП могут подключаться лишь через соответ­ ствующие каналы измерительных устройств типа HLS и HLA. Однако в AG111 для них также предусмотрена дополнительная двойная мостовая схема, использовать которую рекомендуется совместно со специальным переключательным блоком HLU111.

Другая модификация блока уравновешивания AG131 охва­ тывает три устройства AG111, размещенных в одном кор­ пусе.


256

8. Вторичные измерительные приборы

 

8.5.3. Блок переключения HLU111

Этот

блок предназначен для обслуживания измеритель­

ных устройств с полупроводниковыми ИП, работающими по принципу уравновешивания компенсирующим напряжением (см. разд. 8.1.3). Измерительные каналы посредством контактов переключательных реле подключаются к выходу блока. Блок HLU111 обеспечивает коммутацию десяти каналов. Выбор ка­ налов можно осуществлять вручную или автоматически по сиг­ налам управляющего блока. Выбранный канал указывается индикаторной лампочкой. Разумеется, HLU111 можно исполь­ зовать и для других измерительных задач.

ЛИТЕРАТУРА

1.Haug A., «Briickenschaltung fur DehnmeSstreifen und ihr Abgleich» Teil I ATM, 380, Sept. (1967); Teil II, ATM 381, Okt. (1967).

2.Gleichspannungsverstarker mit Doppeltransistoren, Elektronik, H. 9, S 280 (1966).

9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИП

9.1.Принципы построения измерительных систем

сполупроводниковыми измерительными преобразователями

Система измерений на основе полупроводниковых измери­ тельных преобразователей предназначена для электрических из­ мерений механических величин, таких, как деформация е, сила F, давление Р, ускорение а и перемещение |. Величины F, Р а и £ преобразовываются механическим путем в пропорциональ­ ную им деформацию. Преобразование же деформации в элек­ трическую величину осуществляется с помощью схемы моста

Измеряемая

 

Блок

 

величина А

Н апряж ение

Регистратор

 

пит ания

Номинальное

питания USfI

 

100 мВ

значение Аы

 

 

ИП

 

на 1к0м

 

Выходное

 

 

 

 

 

напряжение

 

 

 

итЫ=МмВ

 

 

Фиг. 9.1. Схема

измерительной

системы

без усиления.

Уитстона. Она содержит два или четыре полупроводниковых тензорезистора, сопротивления которых на линейном участке изменяются пропорционально изменению деформации. Выходное напряжение Um на измерительной диагонали моста является мерой, эквивалентной измеряемой механической величине. Мост, как правило, питается постоянным током от высоко­ стабильного блока питания. Для полупроводниковых измери­ тельных преобразователей рассматриваемой измерительной си­ стемы характерно, что номинальному значению измеряемой величины An соответствует выходное напряжение UmN — = 100 мВ при нагрузке в 1 кОм (фиг. 9.1). Такое относительно высокое выходное напряжение допускает при сохранении вели­ чины сопротивления нагрузки 1 кОм непосредственную реги­ страцию с помощью стрелочного прибора, самописца или дру­ гих подобных устройств. Если же измеряемая величина значи­ тельно меньше номинального значения, если необходимо про­ вести измерения в относительно узком интервале изменения измеряемой величины или если для последующей регистрации необходим высокий уровень сигнала, рекомендуется использо­ вать регистрирующий прибор с предварительным усилением сигнала (например, HLA111, фиг. 9.2),

9 Зак. 845


258

9. Измерительные системы

При необходимости одновременного измерения в нескольких точках целесообразно использовать многоканальные промежу­ точные преобразователи, такие, как HLS151 (5 каналов) или

 

 

блок

И зм еряем ая

 

пит ания

величина А

Н апряж ение

 

 

 

Номинальное

пит ания Ugp

 

значение AN

 

 

И П

 

Регист рат ор

 

Выходное

- < д

 

напряж ение

 

UmN и 100 мВ

 

Усилит ель

Фиг. 9.2. Схема измерительной системы с усилением.

HLS171 (7 каналов). В них предусмотрена возможность сум­ мирования выходных напряжений отдельных каналов с учетом их знака.

9.2.Измерительные преобразователи

ивторичные электронные приборы системы измерения

сполупроводниковыми тензорезисторами

Втабл. 9.1 и 9.2 систематизированы соответственно первич­ ные измерительные преобразователи и вторичные электронные приборы системы измерения с полупроводниковыми тензорези­

сторами.

 

 

 

Т а б л и ц а 9.1

ИП С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРАМИ

Измерительный

Диапазон измерения

Примечания

преобразователь

Тензорезистор типа WDH

Коэффициент

тензочув-

Кремний р- и «-типов проводи­

 

ствительности

К — 1 2 0 ,

мости

 

максимально

допускае­

 

мая деформация 0,3%

Акселерометр

BWH101 ...401

ИП перемещения

WWH101 ... 501 WWH141

2 0 ; 1 0 0 ; 1 0 0 0 ; 1 0 0 0 0 м/с2

±1; ±2: ±5; ±10; ±20 мм ±1; ±2; ±5; ±10 мм

Для статических и динамиче­ ских ускорений

ИП относительного перемеще­ ния, контактирующие с изме­ ряемым объектом через штифто­ вые и пружинные толкатели

Динамометр

 

 

10; 20; 50; 100; 200 кгс

Упругие элементы работают на

KWHI0 ... 200

 

сжатие

KWH0.5M ...

20М

0,5; 1;

2;

5;

10; 20 тс

 

Контейнерный

динамометр

10

тс

 

 

 

Кольцеобразные упругие эле­

КНА10М

 

 

 

 

 

 

 

менты, работающие на сжатие

ИП давления

 

5;

10;

20;

50;

100;

Для жидкостных и газовых сред

DWH5 ... 200

 

 

2 0 0 кгс/см2

 

 

Устройство

для

измерения

-50 ... +50 °С

Приборы сопрягаются с термо­

температуры

TWA105, ПО,

 

0 ... +100 °С

метрами сопротивления Pt 100

120, 605, 610,

620

 

 

0 ... +200 °С

 


9.2. ИП и вторичные электронные приборы

259

Таблица 9.2

ВТОРИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРАМИ

Тип прибора

HLSI0I

HLS102

HLS122

HLS1U

HLS151

HLS171

HLS602

HLA111

HLW510

HLG110

HLLI0I

HLU1H

MU121

KDN10I

 

Назначение

 

 

Примечания

Высокостабильный

источник

пи­

Лабораторный вариант

тающего и компенсирующего на­

 

 

пряжения,

внутренний

полумост,

 

 

I канал без усилителя

и без вы­

 

 

ходного регистрирующего прибора

 

 

Аналогичен HLS101

 

 

 

Промышленный вариант, щитовой

Двухканальный

(2XHLS101);

в

Промышленный вариант, щитовой,

остальном

аналогичен HLS101

 

степень защиты

IP54

С регистрирующим прибором; в

Лабораторный

прибор без усили­

остальном

аналогичен HLS101

 

теля с регистратором (может быть

 

 

 

 

 

заменен HLW21I)

5-канальный с коммутацией, реги­ стрирующим прибором и схемой

суммирования; в остальном анало­ гичен HLS10I

7-канальный с коммутацией, со схемой суммирования; в остальном аналогичен HLSJ01

Высокостабильный источник пита­

ния без компенсационного напря­ жения

С усилителями постоянного и пе­ ременного тока, с регистрирую­ щим прибором; в остальном анало­ гичен HLS101

HLS01 + HLG10

Усилитель постоянного тока

V M a K C = l 0 0 0 ' в ы х о д 1 0 8

Защита от перегрузки

10-канальный коммутатор информа­ ции полупроводниковых тензорезисторов

20-канальный коммутатор информа­ ции полупроводниковых тензоре зисторов

Эквивалент динамометра

5-канальный лабораторный вариант (может быть заменен 4-канальным вариантом HLW441)

7-канальный лабораторный вариант

В литом корпусе

Универсальный лабораторный при­ бор со 100 (ЮОО)-кратным коэффи­ циентом усиления, возможно рас­ ширение диапазона измерения, вы­ ход 1 В

Выход 10 В, промышленный вариант, щитовой прибор для утопленного монтажа, степень защиты IP54

Сменный блок

Для сигнализации предельных зна­ чений

Настольный прибор

Возможен 50-канальный вариант

Для градуировки и проверки изме­

рительных цепей с полупроводни­ ковыми тензорезисторами

Для непосредственного подключения к выходу промежуточ­ ных преобразователей при проведении точных или динамиче­ ских измерений пригодны следующие типы регистрирующих приборов: цифровые вольтметры 4014 и 4015 (Эрфуртский ра­ диозавод), многорядное печатающее устройство eKV (100 мВ), электронный регистратор AFE (100 мВ), самопишущие точеч­ ные приборы с падающей дужкой SO120 и K.DS100, регулятор

9