Бортовая тензометрическая станция

Ц е л ь р а б о т ы: изучить принцип действия, конструкцию и эксплуатационные характеристики тензостанции.

Описание тензометрической станции

Назначение

Тензостанция (преобразователь) предназначена для измерения относительной деформации элементов конструкции ЛА в четырех точ­ках при проведении летных испытаний, в качестве датчиков используются тензосопротивления.

Основные параметры

2.1. Измеряемые относительные деформации при максимальном коэффициенте усиления - 5х10^-3.

2.2. Рабочий диапазон частот деформаций - 0 - 700 Гц.

2.5. Ошибка измерений - 1,5%.

2.4. Дрейф нуля: в течение первых 15 мин – 2.0%,

в течение последующих 15 мин – 1.5%..

2.5. Питание: напряжение 27⁺⁵ _–4 В, ток - 420 мА.

2.6. Мacca - 2,2 кг.

2.7. Габариты - 130 х 150 х 115.

2.8. Подвеска - металлоамортизаторы.

Принцип действия

Один канал преобразователя (в дальнейшем для сокращения -преобразователь) включает в себя (рис. 2.I): мостовую cхему, (Rд ,R1…R4, Rб и Rк ), усилитель преобразователь (М,У_c,Д,Ф), действующий по принципу модуляции - демодуляции (МДМ), схему ка­либровки (К) и источник питания (преобразователь ПН и стабилизатор напряжения СТ).

3.1. Мостовая схема (рис. 2.2) состоит из тензометрического датчика сопротивления Rд (тензочувствительность S=2, со­противление Rд = 700 Ом, база 10 мм) и трех постоянных сопро­тивлении R1...R3. В тех случаях, когда изменения температуры достаточно большое, одно из сопротивлений (R1 или R3) заме­няется недеформируемым тензодатчиком (компенсационный датчик).

Uпит

Rд

R1 Rб

4 2 R4 Uрас

R2

R3

Ряс. 2.2. Схема включения датчика в мост и балансировка моста

Питание моста осуществляется стабилизированным напряжением 9В от преобразователя напряжения ПН (рис. 2.1). Для балансировки моста (Uрас.=0) используется резистор R4, включенный па­раллельно диагонали I...3. Диапазон балансировки выбирается в зависимости от величины Rб, задаваемой пользователем (в за­висимости от величины разброса сопротивлений датчиков). Резисто­ры R4 и Rб устанавливаются на кроссплате.

Примечание: Кроссировочной платой называется плата, на которой монтируются подстраиваемые при ус­тановке изделия резисторы и конденсаторы, перемычки, по­стоянные резисторы и т.д. Кроссплаты имеются у универсальных приборов.

На кроссплате тензостанции кроме указанных резисторов уста­новлены резисторы чувствительности R_ч (рис. 2.1) калибровки R_к (для каждого канала).

При деформации изделия, а вместе с ним и тензодатчика, изме­няется его сопротивление

D R/ R_д =Se

где: S - тензочувствительность датчика S » 2;

e - относительная деформация.

Напряжение рассогласования моста может быть определено по формуле

Uрас = Iдат* D R = Uпит* D R/2*D R = Uпит* Se /2,

т.е. напряжение рассогласования пропорционально относительной де­формации изделия.

3.2. Усилитель-преобразователь построен по принципу МДМ. Это означает, что входной сигнал (постоянный ток) преобразуется в модуляторе М в переменный ток, который усиливается в усилителе пере­менного тока У_с и преобразуется снова в постоянный ток в демодуля­торе Д. Для уменьшения высокочастотных помех на выходе усилителя включен фильтр Ф.

Такая схема усилителя позволяет значительно уменьшить «дрейф нуля». Дрейфом нуля называют произвольные изменения выходного на­пряжения при неизменном входном.

Напряжение рассогласования моста Uрас подается на модуля­тор М (рис .2.1). Кроме этого от преобразователя напряжений ПН на модулятор подается напряжение коммутации Uк представляющее собой прямоугольные колебания с частотой 5500 Гц. В резуль­тате на выходе М ( модулятор осуществляет перемножение Uрас на Uк) получаются колебания Uм с амплитудой про­порциональной Uрас (рис.2.3).

В усилителе Ус напряжение увеличивается с нескольких милливольт до нескольких вольт (рис. 2.3. диаграмма Uу).

На демодулятор Д подается напряжение с выхода усилителя Uу (пропорциональное вход­ному Uрас) и Uк, в результате, получаем усиленное напряжение, причем основное усиление проводилось усилителем переменного тока, т.е. без дрейфа нуля. (Демодулятор Д выполняет операцию перемножения Uу и Uк .) Фильтр Ф уменьшает помехи и сглаживает пульсации.

Рис.2.3. Временные диаграммы напряжений при прохождении сигнала в тензостанции.

Тензостанция имеет несколько пределов чувствительности. Изменение чувствительности тензостанции осуществляется путем изме­нения коэффициента усиления усилителя, изменением глубины обрат­ной связи. Это достигается сменой резисторов чувствительности Rчув (на кроссплате).

Резистор чувствительности соединяет выход усилителя (напряжение с демодулятора Uд) со входов усилителя. Напряжение с резистора Rчувс (напряжение обратной связи ) Uос вычитается из напряжения рассогласования моста Uрас,

Uвх = Uрас - Uос

уменьшая входное напряжение усилителя (рис.2.1). Из-за этого напряжение на выходе усилителя уменьшается. Отсюда название «отрицательная обратная связь». Если сопротивление чувствительности сделать равным НУЛЮ, то все выходное напряжение будет подавться на вход, сто процентная обратная связь. Коэффициент усиления усилителя будет минимальным. увеличение значения сопротивления ведет к уменьшению Uос, т.е. Uвх становится больше, коэффициент усиления увеличивается.

Поскольку снимаемое со станции напряжение может поступать потребителю через РТС, где возможно изменение величины сигнала, то для устранения ошибок при расшифровке, тензостанция вырабатывает сигналы, величина которых заранее известна. Это достигается подключе­нием параллельно к плечу R3 моста (рис .2.1) - калибровочного сопротивления Rк. параллельное включение двух сопротивлений ведет к тому, что их эквивалентная величина уменьшается, что приводит к разбалансу моста. Величина калибровочного сопротивления выбирается такой, что­бы обеспечить величину выходного сигнала 20, 40, 60, 80, I00% от 6 вольт. Калибровочный резистор Rк устанавливается на кроссплате.

Включение калибровки может осуществляться постоянно (на кроссплате). В этом случае устройство калибровки включается через 9 с на время 1с. Иногда калибровку делают однократно, путей подачи команды через разъем "Выход".

Конструкция

Тенэостанция смонтирована в фрезерованном корпусе, способном выдержать перегрузки в нескольких сот g .

Установка ЛХ на изделии производится с помощью четырех винтов.

Электрические элементы схемы объединены в модули, которые после монтаха заливаются эпоксидной смолой и демпфируются с помо­щью тефлона.

Фильтры тензостанции сменные и присоединяются (подобно кроссировочной плате) с помощью разъемов.

Питание мостов и входы усилителей подключаются через разъем "Входы", а бортовое питание, калибровка, выходы - через разъем "Выходы".

Лабораторная установка

Лабораторная установка включает в себя тензостанцию ЛХ-5556, мостовую схему, переключатель мостовой схемы и выходов П и цифровой вольтметр ВК7-8..

С помощью переключателя П мостовая схема подключается к одному из каналов тензостанции, одновременно к выходу этого канала подключается вольтметр.

Калибровочный сигнал включается тумблером ВК.

Порядок выполнения работы

1.Включить питание цифрового вольтметра, дать ему прогреться в течение 3-5минут. Установить пределы измерения вольтметра (10 В).

2. Включить один из каналов тензостанции.

3. Включить питание тензостанции. Через 2 минуты измерить напряжение на выходе I канала. Произвести измерения на выходе II, III и IY ка­налов.

4. Повторить измерения через 5 минуты до 17 минут. Результа­ты измерений занести в таблицу.

5. Включить разбаланс моста. Измерить выходное напряжение на выходе 1-1У каналов.

6. Включить калибровку и измерить величину выходного напряжения.

7. Выключить питание тензостанции и вольтметра.

Отчет

1. Функциональная электрическая схема .

2. Таблица дрейфа нуля усилителя.

3. График дрейфа нуля во времени для всех каналов.

4. Определить необходимое время прогрева тензостанции при условии, что ошибка дрейфа нуля не превышает величины, заданной преподавателем.

5. Определить величину калибровочного сигнала по величине калибровочного сопротивления.

6. Определить относительную деформацию по величине сопротив­ления чувствительности.

7. Сделать вывод о проделанной работе.

Вопросы для защиты

1. Что называется тензостанцией, тензопреобразователем?

2. Как производная балансировка мостовой схемы?

5. Как измерить дрейф нуля тензостанции?

4. Kaк изменить чувствительность тензоусилителя?

5. Назначение блоков тензостанции.

6. Что произойдет, если увеличить (уменьшить) сопротивление чувствительности Rчув?

7. Что произойдет, если увеличить (уменьшить) сопротивление калибровки Rк?

8. Что произойдет, если увеличить (уменьшить) сопротивление балансировки Rб?

9. Назначение тензостанции.

10. Назначение фильтров.

Лабораторная р а б о т а № 3