›
›

Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương V: Cảm biến đo biến dạng

ppt 24 trang ngocly 1120
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương V: Cảm biến đo biến dạng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_cam_bien_cong_nghiep_chuong_v_cam_bien_do_bien_dan.ppt

Nội dung text: Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương V: Cảm biến đo biến dạng

  1. V. CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG 1. Biến dạng và phương pháp đo 2. Cảm biến điện trở kim loại 3. Cảm biến áp trở silic 4. Cảm biến dây rung
  2. 1. Biến dạng và phương pháp đo 1.1. Một số khái niệm cơ bản về biến dạng: v Biến dạng tương đối (): tỉ số giữa độ biến thiên kích thước ( l) do biến dạng gây ra và kích thước ban đầu (l): v Giới hạn đàn hồi: ứng lực tối đa không gây nên biến dạng dẻo vượt quá 2%, tính bằng kG/mm2.
  3. 1.1. Một số khái niệm cơ bản về biến dạng v Môđun Young (Y): hệ số xác định biến dạng theo phương của ứng lực: v Hệ số poison (): hệ số xác định biến dạng theo phương vuông góc với lực tác dụng.
  4. 1.2. Phương pháp đo biến dạng a) Cảm biến điện trở: Dựa vào sự thay đổi điện trở của vật liệu khi có biến dạng. Kích thước cảm biến nhỏ từ vài mm đến vài cm, khi đo chúng được dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng dùng phổ biến. b) Cảm biến dạng dây rung: Dựa vào sự thay đổi tần số rung của sợi kim loại khi sức căng cơ học thay đổi (khi khoảng cách hai điểm nối thay đổi) dùng trong các kết cấu ngành xây dựng.
  5. 2. Cảm biến điện trở kim loại 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Đế cách điện Đế cách điện Dây điện trở Màng điện trở a) Dạng lưới dây b) Dạng lưới màng Dây điện trở tiết diện tròn d 20m hoặc chữ nhật. Số nhánh n = 10 20 nhánh. Đế cách điện: giấy (~ 0,1 mm), chất dẻo (~ 0,03 mm).
  6. 2. Cảm biến điện trở kim loại Vật liệu chế tạo điện trở: Hợp kim Thành phần Hệ số đầu đo K Constantan 45%Ni, 55%Cu 2,1 Isoelastic 52%Fe, 36%Ni, 8%Cr, 4%(Mn+Mo) 3,5 Karma 74%Ni, 20%Cr, 3%Cu, 3%Fe 2,1 Nicrome V 80%Ni, 20%Cr 2,5 Bạch kim - vonfram 92%Pt, 8%W 4,1
  7. 2. Cảm biến điện trở kim loại Cố định cảm biến trên bề mặt đo biến dạng: 3 2 4 5 1 6 7 1. Bề mặt khảo sát 5. Dây dẫn 2. Cảm biến 6. Cáp điện 3. Lớp bảo vệ 7. Keo dán 4. Mối hàn
  8. 2. Cảm biến điện trở kim loại Điện trở của cảm biến: Với ; (C: hằng số Bridman) Với Hệ số đầu đo
  9. 2. Cảm biến điện trở kim loại 2.2. Đặc điểm: v Vật liệu chế tạo điện trở cần có đủ lớn. v Hệ số đầu đo nhỏ: thông thường K = 2  3. Trong giới hạn đàn hồi K=const, Ngoài giới hạn đàn hồi (khi l/l > 0,5% - 20% tùy vật liệu) K 2. Ảnh hưởng của T: trong khoảng - 100oC  300oC: o (K0 ứng với T = 25 C, constantan K = +0,01%/oC, isoelastic khá lớn). Ảnh hưởng của biến dạng ngang sai số (không đáng kể có thể bỏ qua).
  10. 2. Cảm biến điện trở kim loại
  11. 2. Cảm biến điện trở kim loại
  12. 2. Cảm biến điện trở kim loại
  13. 3. Cảm biến áp trở silic 3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: a) Loại dùng mẫu cắt Điện trở Đế cách điện a) Đơn b) Nối tiếp N P N P N N c) Song song d) SongNN song
  14. 3. Cảm biến áp trở silic Điện trở: các mẫu cắt từ đơn tinh thể silic pha tạp P hoặc N, kích thước: dài ~ 0,1 2 mm và chiều dày ~ 0,01mm. Đế cách điện: nhựa. Để tăng tín hiệu có thể ghép nối tiếp, song song nhiều mảnh cắt.
  15. 3. Cảm biến áp trở silic b) Loại khuếch tán: Dây nối SiO2 Điện trở (Si-P) Đế (Si-N) Điện trở: silic pha tạp loại P (hoặc N). Đế: silic pha tạp loại N (hoặc P). Lớp tiếp giáp P – N phân cực ngược.
  16. 3. Cảm biến áp trở silic Điện trở của cảm biến: Với ; ( : hệ số áp điện trở) Với Hệ số đầu đo
  17. 3. Cảm biến áp trở silic 3.2. Đặc điểm: (.cm) a) Điện trở (R): 1 Phụ thuộc độ pha tạp: 10-1 10-2 10-3 1014 1015 1016 1017 1018 1019 Nồng độ tạp chất/cm3 Phụ thuộc nhiệt độ: (.cm) o tăng khi T 0), 7 1014 giảm khi T>120oC ( <0), 6 R 5 1016 4 3 1018 2 1020 -100 0 100 200 300 400 500 ToC
  18. 3. Cảm biến áp trở silic b) Hệ số đầu đo (K): Lớn: K = 100  200. K 240 200 Phụ thuộc vào độ pha tạp: độ pha 17 3 180 10 /cm 18 tạp tăng K giảm. 160 5.10 120 3.1019 Phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ 80 1020 tăng K giảm, độ pha tạp lớn 40 (N >1020/cm3) K ít phụ thuộc. -100 0 100 200 300 400 500 600 d ToC Sự phụ thuộc của K vào độ pha tạp và nhiệt độ • Phụ thuộc độ biến dạng: Khi  nhỏ có thể coi K = const.
  19. 3. Cảm biến áp trở silic b) Hệ số đầu đo (K): Lớn: K = 100  200. Phụ thuộc vào độ pha tạp: độ pha tạp tăng K giảm. Phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ tăng K giảm, độ 20 3 pha tạp lớn (Nd>10 /cm ) K ít phụ thuộc.
  20. 3. Cảm biến áp trở silic Ưu điểm Hệ số đo lớn đo chính xác Kích thước nhỏ gọn Đáp ứng nhanh Có độ bền mỏi tốt Nhược điểm Dễ gẫy không đo được biến dạng lớn Hệ số đo không là hằng số Phi tuyến Ảnh hưởng bởi nhiệt độ
  21. 4. Cảm biến dây rung 4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: l B A l+ l0 B0 F0 F0 l A N0 0 l l+ l1 F1 F1 l B1 A N1 1
  22. 4. Cảm biến dây rung Tần số dao động: l0: biến dạng ban đầu. l – chiều dài dây; F: lực tác dụng (căng dây); S- tiết diện dây; Y- môđun Young ; d – khối lượng riêng của vật liệu dây. Khi có biến dạng: độ dãn do biến dạng Đo N1 và N0
  23. 4. Cảm biến dây rung 4.2. Đặc điểm: Cấu tạo đơn giản. Đo được biến dạng của kết cấu lớn. Ứng dụng: chủ yếu trong ngành xây dựng.