Таким образом, зная напряжение на выходе моста, из формулы (8) мы можем найти относительное удлинение тензодатчика е.

Поскольку относительное удлинение зависит также от температуры, для компенсации температурной составляющей используют два тензочувствительных элемента, расположенных на общей подложке перпендикулярно друг другу (рис.4). При этом температурные удлинения обоих элементов одинаковы, а удлинения вследствие воздействия деформирующей силы будут разные. Используя эти элементы в разных плечах измерительного моста(рис.5), можно скомпенсировать температурную погрешность.

Рис.4. Использование двух тензочувствительных элементов Рис.5. Полумостовая схема включения тензодатчиков для компенсации температурной погрешности

В полумостовой схеме (рис.6) можно использовать также два тензодатчика с нескомпенсированной температурной пограшностью, если один из них работает на растяжение, второй - на сжатие, например, если измеряется механическое напряжение изгибаемой балки. При этом если датчики расположить так. что один из них будет в состояни растяжения, а второй - в состоянии сжатия, то таким образом можно повысить чувствительность схемы измерения в 2 раза и скомпенсировать температурную погрешность (рис.6).

Рис.6. Включение двух датчиков для компенсации температурной погрешности.

Vo = - GF-е

Рис.7. Использование четырех тензодатчиков для повышения чувствительности схемы измерения и компенсации температурной

погрешности.

т, Vo -GF-е В схеме на рис. 6 выходное напряжение моста равно-=-

НИЛ АП RLDA

Дальнейшего повышения чувствительности схемы измерений можно достичь, если использовать четыре тензодатчика, два из которых работают на растяжение, и два - на сжатие (рис.7).

Уравнения для выходного напряжения моста получены в предположении, что в исходном состоянии ненапряженных датчиков выходное напряжение моста равно нулю, т. е. мост сбалансирован. Начальная балансировка моста в системе RealLab! выполняется программно, что гораздо более удобно и точно. Для этого начальное смещение сначала измеряется, а затем вычитается из напряжения, полученного при нагруженных датчиках.

Влияние сопротивления соединительных проводов

В предыдущих схемах для более доходчивого объяснения принципов применения тензодатчиков не были учтены сопротивления подводящих проводов. Однако на практике, особенно при использовании низкоомных датчиков, сопротивления проводов могут достигать единиц и десятков Ом, что делает измерения ошибочными. Для решения этой проблемы используется трехпроводное включение тензодатчика (рис.8). Сопротивления проводов, поставляющих ток к тензодатчику, в этой схеме взаимно компенсируются, поскольку расположены в разных плечах измерительного моста. Сопротивление третьего провода Rlo не влияет на результат измерения, поскольку ток через него равен нулю, поскольку цепь измерения напряжения не потребляет ток.

Рис.8. Трехпроводное подключение. Сопротивления подводящих проводов Rl взаимно компенсируются, поскольку находятся в разных плечах моста.

Обработка сигналов тензодатчиков

Общепринятого стандарта для питания моста не существует. Типовыми являются напряжения 3В и 10В. При этом ток через тензодатчик составляет от 2 мА до 28 мА для датчиков с сопротивлением от 1 кОм до 120 Ом. Однако большие напряжения вызывают больший саморазогрев тензодатчика и увеличивают температурную компоненту погрешности. Напряжение питания моста должно иметь очень высокую стабильность и точность. Другой подход состоит в использовании источника умеренной точности, но измерительная схема должны позволять измерять его напряжение с высокой точностью и при расчете конечного результата учитывать измеренное значение.

Обычно мостовые схемы с типовыми тензодатчиками имеют выходное напряжение величиной менее 100 мВ при напряжении питания моста 10 В. Поэтому для использования полной шкалы системы аналогового ввода нужно иметь усилитель с коэффициентом усиления порядка 100-1000.

Для проверки правильности калибровки измерительной схемы используют резистор с известным (калиброванным) значением сопротивления, которым шунтируют тензодатчик. Показания измерительной системы должны соответствовать расчетному значению, соответствующему этому сопротивлению.

В связи с малостью сигнала от тензодатчика во многих случаях целесообразно применять фильтра третьего порядка RL-4F3, ослабляющий помехи с частотой 50 Гц.

нил ап rlda

Уравнения для расчета механического напряжения

Зная электрическое напряжение на выходе измерительного моста Vo, напряжение его питания Vex и напряжение смещения нуля моста Voo , можно вычислить требуемое значение относительного растяжения тензодатчика е по формулам, которые следуют из рассмотрения соответствующей схемы измерений. Для упрощения формул введем обозначение

Vo -Voo г ~ V

Тогда для схемы на рис.8 механическое напряжение в зависимости от относительного растяжения тензодатчика будет равно

-4-Vr ( + e GF-(1 + 2-Vr)V Rg/

Для других схем включения тензодатчиков соответствующие формулы приведены на рис.9 - рис. 14.

Рис.9. Подсоединение тензодатчика термокомпенсирующим элементом

внутренним

--1 + Rl

GF - (1 + 2 - Vr) Rg J

Рис.10. Использование тензорезистивных элементов как с продольным е , так и поперечным (ve ) напряжением

- 4 - Vr

-[(1+ 2-Vr -(v-1)]\ + RbJ

Рис. 11. Схема включения двух датчиков, один из которых работает на растяжение, второй - на сжатие (см. также рис.

- 2 - Vr {. RL е =-- - 1 + -

GF { RgJ

Рис.12. Схема включения четырех тензодатчиков для повышения чувствительности в 4 раза и компенсации сопротивлений подводящих проводов

е = Vjl.

нил ап rlda