Питание моста

Питание моста может осуществляться постоянным или переменным током. Предпочтительнее питание на постоянном токе.

Измеряемый сигнал пропорционален напряжению пита­ния. Оно должно быть ограничено для того, чтобы уменьшить нагрев датчика джоулевым теплом.

Обычно напряжения питания составляет от 3 до 10 В. При заданном напряжении питания нагрев датчика зависит от его теплообмена с окружающей средой, в том числе от пло­щади поверхности датчика и теплопроводности материала ис­следуемого образца.

Для статических измерений мощность рассеяния состав­ляет от 0,1 до нескольких Вт/см² для металлических образцов и от 10^-3 до 10^-2 Вт/см² для образцов, плохо проводящих те­пло, например, из пластика.

При динамических измерениях мощность рассеяния мо­жет увеличиваться в 2 – 3 раза.

При наличии значительных помех можно существенно увеличить измеряемый сигнал, используя импульсное напря­жение питания повышенной амплитуды (порядка 100 В), но с малой длительностью импульса (например, 100 мкс) и с дос­таточно большой скважностью, такой, чтобы нагрев при этом был приемлем.

Снижение чувствительности, вызванное уменьшением К_Т при повышении температуры (что существенно для полу­проводниковых датчиков), можно компенсировать соответст­вующим увеличением напряжения на клеммах питаемой диа­гонали моста. С этой целью последовательно с источником питания помещают терморезистор, шунтированный стабиль­ным сопротивлением; они выбираются так, чтобы при повы­шении температуры возрастание напряжения на выходе моста компенсировало снижение К_Т.

Задачи и вопросы

2.1. Рассчитать ТКС тензорезистора из константановой проволоки после наклеивания на подложку из титана. Необ­ходимые данные взять в табл. 2.1.

2.2. Определить ТКС тензорезистора из p-Si, имеющего К_Т = 60 и ТКС до подклейки α = 0,03 % К^-1, после наклеива­ния на стальную подложку, термический коэффициент линей­ного расширения которой λ_П = 11·10^-6 К^-1. Считать термиче­ский коэффициент линейного расширения кремния равным λ_Si = 3,2·10^-6 К^-1.

2.3. Решить предыдущую задачу для датчика из n-Si (К_Т = 60, α = 0,1 % К^-1).

2.4. Для подложек из материалов, приведенных в табл. 2.1, подобрать металлические тензорезисторы, обеспечиваю­щие наилучшую термокомпенсацию при измерениях дефор­мации.

2.5. При каких значениях ТКС и К_Т тензорезистора, из­готовленного из n-Si, можно получить термокомпенсацию при измерении им деформации: а) алюминия; б) титана, если термический коэффициент линейного расширения кремния λ_Si = 3,2·10^-6 K^-1? Необходимые данные для решения задачи взять в табл. 2.1. Диапазон изменения ТКС n-Si α = (0,1 – 0,01) % K^-1.

2.6. Рассчитать максимальный выходной сигнал мосто­вой схемы, в которую включен металлический тензорезистор с К_Т = 2, имеющий номинальное сопротивление R₀ = 200 Ом, при измерении деформации ε₁ = 10^-3 и ε₂ = 10^-2, если макси­мальная рассеиваемая мощность тензорезистора не должна превышать 10 Вт. Как изменится величина сигнала, если мощность ограничить 1 Вт?

2.7. Определить максимальный выходной сигнал мосто­вой схемы, в которую включен полупроводниковый тензоре­зистор, имеющий К_Т = 120 и номинальное сопротивление R₀ = 2,1 кОм, при измерении деформации ε = 10^-5, если мак­симальная рассеиваемая мощность 0,1 Вт.

2.8. Показать, что металлические тензорезисторы не мо­гут измерять деформации ε ≈ 10^-5. Максимальную рассеивае­мую мощность считать равной 10 Вт.

2.9. В мостовую схему (рис. 2.7) включены четыре рабо­чие тензорезистора с коэффициентом тензочувствительности К_Т =100. Рассчитать напряжение питания e_s, достаточное для получения выходного сигнала 10 мВ при измерении деформа­ции ε = 10^-5.

2.10. Для чего необходима температурная компенсация

сопротивления тензорезисторов?

2.11. Перечислить способы уменьшения температурной зависимости сопротивления тензорезисторов.

2.12. Почему для тензорезисторов, изготовленных из по­лупроводников дырочного типа проводимости, невозможно добиться термокомпенсации за счет приклейки их к под­ложке?

2.13. В чем преимущества мостовой схемы включения тензорезисторов?

2.14. Чем определяется величина напряжения питания моста при измерениях деформации?

2.15. От каких факторов зависит величина максимальной рассеиваемой мощности тензорезисторов при измерении ими деформаций различных материалов?

2.16. Почему максимальная мощность рассеяния для ме­таллических и полупроводниковых тензорезисторов имеет различные значения?

Дата добавления: 2015-08-20