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

9.4.2. Схема силоизмерительного устройства на полупроводниковых тензорезисторах

9.4.2.1. Выбор динамометра

Динамометры серии KWH являются ИП, работающими на сжатие, но при наличии простого приспособления, изменяющего направление силы, пригодны и для измерения сил растяжения.

Номинальные нагрузки динамометров составляют ряд 1—2— 5—10, охватывающий диапазон от 10 кгс до 20 тс. Разрешаю­ щая способность ограничивается прежде всего регистрирующим прибором. При использовании соответствующих цифровых вольтметров она меньше 0,1%. С точки зрения измерения пред­ ставляют интерес следующие основные параметры (см. также разд. 7.3):

Температурное воздействие, явления ползучести, а также погрешности градуировки могут быть причинами дополнитель­ ной погрешности. Для сведения погрешности к минимуму можно выбирать динамометр с учетом его работы в диапазоне (0,1 ... 1)F n. Следует иметь в виду, что нагрузки от тары уравновешиваются при измерениях компенсирующим напряже­ нием блока питания, но для расчета необходимо принимать во внимание ожидаемую нагрузку от веса самого динамометра. В случае возникновения динамических нагрузок (например, ре­ зонансные колебания кранов) их максимальная амплитуда не должна выходить за пределы диапазона номинальных нагрузок.

9А.2.2. Выбор блока питания и регистрирующего прибора

Динамометры являются ИП с преимущественно жестким креплением на объекте. Регистрирующее устройство часто может находиться на удалении до нескольких сотен метров, распола­ гаясь на главном пульте управления, в специализированной ав­ томашине или в другом месте. Для этой цели наиболее пригодны приборы в литых корпусах или специальных корпусах для утоп­ ленного монтажа.

В качестве регистрирующих устройств при приближенных измерениях (погрешность 2%) подходят стрелочные приборы, иногда с одним или двумя контактами предельного значения. В том случае, когда от измерений требуется наибольшая точ­ ность, регистрацию необходимо осуществлять с помощью ком­ пенсаторов или цифровых вольтметров.

Для того чтобы на регистрирующем устройстве (например,

должно преобразовываться в цифровую последовательность 1000, 2000 или 5000. У стрелочных приборов или компенсаторов возможны соответственно изменяющиеся шкалы.

9.4.2.3. Установка измерительного устройства

Установка динамометра. Точность, с которой может быть из­ мерена сила, зависит в некоторой степени от направления ее приложения. Приложение силы должно быть точечным и совпа­ дать с направлением оси чувствительности динамометра. Сле­ дует избегать эксцентрического приложения, сопровождаемого появлением момента сил и поперечной составляющей (фиг. 9.6).

Для динамометров на полупроводниковых тензорезисторах характерно, что наличие поперечной составляющей силы прак­ тически не отражается на их показаниях. Но за счет темпера­ турных напряжений возможно возникновение настолько больших усилий, что они могут вызвать повреждение динамометра

(фиг. 9.7).

Чтобы исключить возможность появления поперечных состав­ ляющих сил, воздействующих на динамометр, надо создать спе­ циальные условия (фиг. 9.8 — 9.11),

Рекомендации по организации места измерения. Поскольку динамометры при установке их на объекте большей частью за­ земляются, то во избежание токов утечки в экране узел защит-

Fn

дусмотренной в блоке питания.

Для параллельного включения от двух до четырех динамо­ метров, предусматриваемых для суммирования результатов при бункерном и платформовом взвешивании, используется специ­ альный распределительный блок с необходимым добавочным сопротивлением для приведения результирующего внутреннего

сопротивления к величине 120 Ом. Сопротивление соединитель­ ных проводов между распределительным блоком и динамомет­ рами не должно превышать 0,25 Ом на жилу.

Градуировка измерительного устройства. Наиболее точным методом является сквозная градуировка с известной величиной нагрузки (см. разд. 9.3.2). Ее преимущество заключается в том, что величина погрешности в значительной мере зависит от чув­ ствительности и установки динамометра, от активного сопротив­ ления линии или вспомогательных градуировочных напряжений.

При больших распределенных нагрузках или в том случае, когда, кроме суммарного, нас могут интересовать еще и отдель­ ные показания, необходимо применять источники питания для каждого динамометра. Многоканальные измерительные преобра­ зователи HLS151 и HLS171 имеют соответствующий многопози­ ционный переключатель (см. разд. 9.3.5).

9.4.3.2. Весы для транспортера

Важными параметрами транспортера являются мощность подачи, т. е. транспортируемая лентой в единицу времени

Тра нспор т и руе м ы й

ма т е р и а л

тн

Фиг. 9.13. Принципиальная схема конструкции конвейерных весов.

Фиг. 9.14. Компенсация тары у конвейерных весов.

масса (кг/ч), и общее количество перемещаемого груза. Мощ­ ность подачи определяется как произведение загрузки ленты на ее скорость, а общее количество перемещаемого груза соответ­ ствует интегралу по времени от мощности подачи. На фиг. 9.13 представлен принцип конструкции конвейерных весов.

В ИП перемещения на полупроводниковых тензорезисторах предусматривается воздействие возвращающей силы, приводя­ щей систему в среднее исходное положение, которое, однако, ввиду наличия трения точно не определено. При наличии опре­ деленных требований к среднему положению ИП перемещений (например, при его использовании в качестве зонда) необходимо добавление внешней пружины, которая в исходном положении поджимает штифтовый толкатель ИП к упору. Благодаря этому общий диапазон измерений может быть расширен до 2|.

9.5.2.2. Блок питания и регистрирующий прибор

Тип применяемого регистрирующего прибора зависит от тре­ буемой разрешающей способности. Следует различать три харак­ терных вида регистрации:

1. Измерительная система WWH — HLS — внешний стрелоч­ ный прибор. Наименьшая надежно отсчитываемая величина составляет около 1% предельного значения диапазона изме­ рения.

2. Измерительная система WWH — HLA111. Если весь диапа­ зон измерения берется без переключения диапазонов, то показа­ ние соответствует п.1. С помощью имеющегося в HLA усилителя постоянного напряжения возможно расширение диапазона (см. разд. 9.3.1), составляющего 1% от номинальной величины, на всю шкалу. Варьируя компенсационное напряжение, растягивае­ мый диапазон можно сдвигать по всему номинальному диапа­ зону. Прибор типа HLA можно градуировать в миллиметрах или микронах.

3. Измерительная система WWH-— HLS — цифровой вольт­ метр. Когда в цифровом вольтметре напряжению 100 мВ соот­ ветствуют четыре цифры, можно без переключения диапазонов проходить по всему диапазону измерений с высокой разреша­ ющей способностью.

9.5.2.3. Градуировка

Наиболее целесообразно проводить сквозную градуировку (см. разд. 9.3.2) путем сравнения с точно известной величиной перемещения. Для этой цели к каждому ИП перемещения на полупроводниковых тензорезисторах прилагается параллельная концевая мера, размер которой соответствует номинальному

перемещению ИП.

Градуировка производится на универсальной измерительной установке, где учтены погрешности, вызываемые кабелем ИП