Температурная погрешность

Погрешности тензодатчиков в основном возникают из-за изменения температуры. Различные материалы имеют различный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Если тензодатчик приклеен к поверхности (Рис. 5.4), то изменение температуры вызывает разное температурное удлинение поверхности и датчика и создаёт ложный выходной сигнал из-за изменения сопротивления на величину:

, (5.18)

где a_пов и a_тд –температурный коэффициент линейного расширения поверхности и тензодатчика.

Рис. 5.4

Если обозначить -чувствительность тензодатчика, зависящая от материала деформируемой поверхности. Например, для алюминия S_T = 5.3×10^-5 1/K. С учётом введённого обозначения температурная погрешность тензодатчика (5.18) может быть записана, как

Поэтому, (20) перепишется как:

DR_T = R₀(ТКС_тд + S_T) ·DT

Поперечная чувствительность

Поперечная погрешность возникает за счет поперечной деформации датчика, как показано на рис. 5.5.

Рис. 5.5

Удлинение датчика приводит к уменьшению его толщины:

, (5.19)

где d - коэффициент Пуассона.

Используя обозначение относительной деформации ε, перепишем (5.19) в виде ε_y=-δε_x, и относительное изменение сопротивление представим, как

∆R/R = S_xε_x+S_yε_y = (S_x- δS_y) ε_x.(5.20)

С учётом поперечной деформации реальная чувствительность тензодатчика определяется, как

.

Учёт поперечной деформации даёт уточнение чувствительности на величину, порядка 0,75%.

Применение тензодатчиков

Тензодатчики применяют на многих промышленных объектах, работающих в напряжённых условиях, и механическое разрушение которых весьма вероятно: крылья самолётов, пролёты мостов, конструкции зданий, рычаги и т.п.

В измерительной технике тензодатчики используют для измерения давлений, сил, моментов, линейных сдвигов.

На рис. 5.6 приведён пример применения тензодатчиков в измерителе линейного перемещения подвижного щупа относительно корпуса измерителя.

Рис. 5.6

Щуп имеет конический наконечник. При вертикальном перемещении конуса изгибаются плоские пружины с тензодатчиками.

Глава 6. Пьезоэлектрические датчики

На внешнее воздействие в виде механического напряжения и деформации тензометрические датчики отвечают изменением электрического сопротивления. Электронными схемами сопротивление преобразуется в электрическое напряжение или ток.

Пьезоэлектрические датчики так же реагируют на механическое напряжение и деформацию, но выходным сигналом у них является непосредственно электрическое напряжение.

Принцип действия

Пьезоэлектрические датчики производят электрический заряд, когда на них сила действует F. Они изготавливаются из кристаллов диэлектрических материалов, Кристаллическая решётка этих кристаллов не имеет центра симметрии (рис. 6.1 а). В отсутствии внешних сил, материалы электрически нейтральны, т.к. разноимённые заряды уравновешены.

Fх

Fу

х

у

Рис. 6.1

Когда к кристаллической решетке прикладывается внешняя сила F_у (рис. 6.1 б), решётка деформируется, и на гранях, параллельных вектору силы, возникает заряд (поперечный пьезоэффект). Под действием силы F_х (рис. 6.1 в), кристаллическая решётка тоже деформируется, и на гранях, нормальных к вектору силы, также создаётся заряд (продольный пьезоэффект).