chương 5 cảm biến đo biến dạng

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 1. Biến dạng và phương pháp đo 1.1. Một số khái niệm cơ bản về biến dạng:  Biến dạng tương đối (ε): tỉ số giữa độ biến thiên kích thước (∆l) do biến dạng gây ra và kích thước ban đầu (l):  Giới hạn đàn hồi: ứng lực tối đa không gây nên biến dạng dẻo vượt quá 2%, tính bằng kG/mm 2 . l l ∆ =ε 1.1. Một số khái niệm cơ bản về biến dạng  Môđun Young (Y): hệ số xác định biến dạng theo phương của ứng lực:  Hệ số poison (ν): hệ số xác định biến dạng theo phương vuông góc với lực tác dụng. σ==ε Y 1 S F Y 1 || || νε−=ε ⊥ 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. 2. Cảm biến điện trở kim loại 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Dây điện trở tiết diện tròn d≈20µm hoặc chữ nhật. Số nhánh n = 10 ÷20 nhánh. Đế cách điện: giấy (~ 0,1 mm), chất dẻo (~ 0,03 mm). a) Dạng lưới dây b) Dạng lưới màng Đế cách điện Dây điện trở Đế cách điện Màng điện trở [...]... ∆l0 4ld 2 = N = K N 02 l Y l0 Y ∆ d l ∆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 ∆l1 Khi có biến dạng: = K N 12 độ dãn do biến dạng l ⇒ ∆ l = ∆ l1 − ∆ l0 ∆l Đo N1 và N0 ⇒ l ∆l = K ( N 12 − N 02 ) l 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... (Nd>1020/cm3) K ít phụ thuộc 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 4 Cảm biến dây rung 4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: l B A l+∆l0 F0 A B0 F0 ∆l0 ∆l N0 l+∆l1 F1 A N1 ∆l1 B1 F1 4 Cảm biến dây rung Tần số dao động: N0 ⇒...2 Cảm biến điện trở kim loại 2 Cảm biến điện trở kim loại 2 Cảm biến điện trở kim loại 3 Cảm biến áp trở silic 3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: a) Loại dùng mẫu cắt Đế cách điện Điện trở a) Đơn b) Nối tiếp N N P P N c) Song song N NN d) Song song 3 Cảm biến áp trở silic Điện trở: các mẫu cắt từ đơn tinh thể silic pha tạp P hoặc... 100 ÷ 200 → Hệ số đầu đo 3 Cảm biến áp trở silic 3.2 Đặc điểm: a) Điện trở (R): Phụ thuộc độ pha tạp: 1 ρ= q (µ n n + µ p p ) Phụ thuộc nhiệt độ: tăng khi T 0), giảm khi T>120oC (α R1020/cm3) K ít phụ thuộc 3 Cảm. .. Đế cách điện: nhựa Để tăng tín hiệu có thể ghép nối tiếp, song song nhiều mảnh cắt 3 Cảm biến áp trở silic b) Loại khuếch tán: SiO2 Dây nối 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 3 Cảm biến áp trở silic Điện trở của cảm biến: ρ l R = ⇒ S ∆S ∆l = −2ν Với S l ∆R ∆l ∆S ∆ρ = − + R l S ρ ; ∆ρ ∆l = πσ = πY ρ l . 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 1. Biến dạng và phương pháp đo 1.1. Một số khái. định cảm biến trên bề mặt đo biến dạng: 1 2 3 5 4 6 7 1. Bề mặt khảo sát 2. Cảm biến 3. Lớp bảo vệ 4. Mối hàn 5. Dây dẫn 6. Cáp điện 7. Keo dán 2. Cảm biến điện trở kim loại Điện trở của cảm biến: S l R . ρ = ρ ρ∆ + ∆ − ∆ = ∆ S S l l R R ⇒ l l S S ∆ ν−= ∆ 2 ; Với l l C V V C ∆ ν−= ∆ = ρ ρ∆ )21( . 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