Основные принципы расчета преобразователей и выбора схем их включения

Расчет тензопреобразователей сводится к определению при выбранных их размерах допускаемой тензодатчиком мощности рассеяния (а следовательно, и допустимого значения тока при данном сопротивлении) или наоборот – к определению размеров тензопреобразователя, необходимых для обеспечения заданной мощности.

Мощность P, рассеиваемая в тензопреобразователе, ограничена его нагревом, вызывающим появление повышенных значений погрешности. Перегрев тензопреобразователя по сравнению с температурой детали, на которую он наклеен, равен

где - тепловое сопротивление, К/Вт; - площадь поверхности теплоотдачи материала тензопреобразователя, ; - коэффициент теплоотдачи, ; - удельная тепловая нагрузка,

Допустимое значение тока через тензопреобразователь определяется из соотношения Так, например, для проволочных тензорезисторов с базой длиной l, из n проводов в решетке с диаметром d, изготовленных из материала с удельным сопротивлением ,

и допустимое значение тока

Сопротивления датчиков и их изменения измеряются классическими методами, а именно: с использованием моста Уитстона (наиболее широко) либо с использованием потенциометрической схемы.

Наибольшие трудности связаны с влиянием температуры и нелинейности.

Температура влияет на сам датчик, вызывая изменение собственного сопротивления, разностное расширение, изменение коэффициента преобразования датчика в случае полупроводникового элемента, и на соединительные провода, изменяя их сопротивление.

Важно отметить, что температурные эффекты обычно инерционны, им наиболее подвержены измерения статических или медленно меняющихся деформаций.

Проблема нелинейности возникает практически только для полупроводниковых датчиков, затрагивая, с одной стороны, мост Уитстона, а с другой стороны — сам датчик.

Напряжение разбаланса моста с одним работающим датчи­ком имеет выражение

В случае металлических датчиков , и для имеем Напротив, в случае полупроводниковых датчиков , и для имеем Очевидно, в последнем случае нельзя всякий раз пренебрегать членом по сравнению с 1.

Кроме того, за исключением случаев малых деформаций или значительной концентрации примесей в полупроводниках, изменение напряжения разбаланса является функцией деформации.

Потенциометрическая схема,которую применяют лишь в том случае (рисунок 3.1), когда интересуются переменной составляющей измеряемой величины. Напряжение , снимаемое с , определяется

формулой