Необходимое программное обеспечение и оборудование

• LabVIEW 2010, DAQmx 9.3 и выше

• Измерительная система NI сDAQ c модулями расширения NI 9237, NI 9219

• Датчик силы

 

Теория

Тензометрический датчик (от лат. tensus - напряжённый), или тензодатчик - это прибор для измерения деформации различных конструкций. Существует множество способов измерения деформаций: тензорезистивный, оптико-поляризационный, волоконно-оптический, простое считывание показаний с линейки механического тензодатчика.

Среди электронныхтензодатчиков, наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики. Тензорезистивный датчик обычно представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплённым на ней тензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.

Существуют разные применения тензометрических датчиков:

• датчики силы (измеряет усилия и нагрузки),

• датчики давления (измерение давления в различных средах),

• акселерометры (датчик ускорения),

• датчики перемещения,

• датчики крутящего момента.

 

Наиболее типичным применением тензодатчиков являются весы. Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки.

При измерении сопротивления тензорезистора используют мостовую или полумостовую схему подключения (Рис. 4-1). В качестве сопротивлений R1 – R3 обычно используется тензорезисторы подобные измерительным, только наклеенные на балку в нечувствительном к деформации поперечном направлении. Это связано, в первую очередь, с высоким температурным коэффициентом сопротивления тензорезистора. В данном примере при изменении температуры на 1°С относительное сопротивление изменится на ,что соответствует ошибке в измерении веса 10 кг. При использовании в качестве R1 – R3 таких же тензорезисторов, находящихся в тех же условиях, что и измерительный, термокомпенсация мостовой схемы существенно упрощается.

При этом необходимо использовать 6-проводную схему измерения. Одна пара проводов служит для питания моста, другая пара проводов служит для измерения подаваемого напряжения, третья – для измерения разности потенциалов в мостовой схеме.

Важно отметить, что наличие измерителя подаваемого напряжения необязательно, и многие датчики, содержащие внутри мостовую или полумостовую схему, не имеют контактов для измерения подаваемого напряжения.

Рассмотрим мостовую схему с датчиками 120 Ом. При питании схемы напряжением 1,2 В через каждый резистор будет проходить ток в 5 мА. При нулевой нагрузке разность потенциалов Vизм в мостовой схеме будет равна нулю, при максимальной нагрузке 800 кг – 3 мВ. В полумостовой схеме измерения разность потенциалов при нулевой нагрузке будет равна 600 мВ, при максимальной нагрузке – 603 мВ. Изменению веса на 1 кг соответствует изменение напряжения на 10 мкВ. При проведении измерений разности потенциалов с помощью АЦП при использовании мостовой схемы необходимо использовать 14-16 разрядный АЦП, а при полумостовой схеме – 18-20 разрядный АЦП.

На основе тензорезистивного эффекта также изготавливаются датчики давления со встроенной мостовой схемой.

 

Рис. 4-1 Мостовая, полумостовая и четверть мостовая схемы подключения тензометрических датчиков