Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Đo lường và cảm biến - Chương 6: Đo biến dạng, lực và trọng lực giúp các bạn nắm vững nội dung kiến thức về cảm biến biến dạng (Strain gage), cảm biến trọng lượng – Load cell, đo áp suất. Để nắm vững nội dung chi tiết bài giảng mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Chương ĐO BIẾN DẠNG, LỰC VÀ TRỌNG LƯỢNG 6.1 6.1.1 CẢM BIẾN BIẾN DẠNG (STRAIN GAGE) Cấu tạo cảm biến biến dạng (strain gage): Cảm biến biến dạng gồm sợi dây dẫn có điện trở suất (thường dùng hợp kim Niken) có chiều dài l có tiết diện s, cố dịnh phiến cách điện hình 6.1 Hình 6.1 Cảm biến biến dạng Khi đo biến dạng bề mặt dùng strain gage, người ta dán chặt strain gage lên bề mặt cần đo cho bề mặt bị biến dạng strain gage bị biến dạng Điện trở cảm biến: R=r l s (6.1) Khi cảm biến bị biến dạng, kích thước dây dẫn bị thay đổi nên điện trở cảm biến thay đổi lượng DR : DR Dl Dr Ds = + R l r s (6.2) Trong đó: Dl : biến thiên chiếu dài dây dẫn Dr :biến thiên điện trở suất dây dẫn Ds : biến thiên tiết diện dây dẫn R: điện trở cảm biến chưa bị biến dạng Biến dạng dọc dây dẫn kéo theo biến dạng ngang dây Nếu dây dẫn hình chữ nhật có cạnh a, b dây dẫn tròn có đường kính d quan hệ biến dạng dọc ngang dây (6.3) Trong v hệ số Poisson Trong vùng đàn hồi, v » 0.3 Tiết diện s dây nên: Bài giảng Đo lường cảm biến Trang 67 Sự thay đổi điện trở suất dây dẫn tuân theo quan hệ: Trong C số Bridman V = l.s, DV thể tích lượng biến thiên thể tích dây dẫn Thay (6.4), (6.5) vào (6.2) ta được: Với Hình 6.2 Cảm biến biến dạng (Strain gage) 6.1.2 Ứng dụng cảm biến biến dạng: Strain gage dùng để đo lực, đo mô men xoắn trục, đo biến dạng bề mặt chi tiết khí, dùng để chế tạo cảm biến trọng lượng (Loadcell), cảm biến đo ứng suất … § Đo lực dùng cảm biến biến dạng: Để đo lực tác động lên vật thể, ta dán strain gage vào vật ứng lực (vật chứng) đặt điểm tác dụng lực vật chịu tác động cho biến dạng cảm biến với biến dạng vật chứng, tác dụng lực tác động, vật chứng bị biến dạng làm cảm biến biến dạng thay đổi điện trở cảm biến, đo thay dổi điện trở cảm biến ta suy lực tác dụng Hình 6.3 Đo lực dùng cảm biến biến dạng Khi vật chứng bị tác dụng lực F bị biến dạng theo phương ứng lực lượng e Trong đó: e biến dạng vật chứng, s ứng lực, Y module Young, S tiết diện vật chứng, F lực tác dụng Tương ứng với vật liệu khác module Young khác Bài giảng Đo lường cảm biến Trang 68 Ví dụ: Đo lực ép cho máy ép cọc bê tơng hình 6.4 Hình 6.4 Máy ép cọc bê tơng § Đo mơ men xoắn dùng cảm biến biến dạng: Để đo mô men xoắn trục quay, ta dán strain gage lên trục quay theo hướng ứng suất (Nghiêng 45 ° so với trục) strain gage có trục vng góc với hình 6.5 strain gage bố trí cho strain gage nén strain gage giãn Hình 6.5 Dán strain gage lên trục để đo mô men xoắn Khi chịu tác dụng ngẫu lực, bề mặt trục quay xuất biến dạng e Trong đó: T mô men tác động lên trục Y module Young D bán kính bề mặt trục Ví dụ: Đo mô men xoắn trục hệ tuabin máy phát: Hình 6.6 Hệ tua bin máy phát Bài giảng Đo lường cảm biến Trang 69 Hình 6.7 Cảm biến đo mơ men xoắn § Mạch đo dùng strain gage: Trong trường hợp dùng strain gage Rx1 strain gage nén ( Rx1 = R - D R), Rx2 strain gage giãn ( Rx1 = R + D R) Hình 6.8a Mạch đo strain gage Hình 6.8b Mạch đo strain gage Trong mạch đo hình 6.8a thí điện áp ngõ Vo là: Trong mạch đo hình 6.8b, điện áp ngõ Vo là: Bài giảng Đo lường cảm biến Trang 70 6.2 6.2.1 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG – LOAD CELL: Cấu tạo Loadcell: Loadcell gồm vật chứng đàn hồi, khối nhôm thép không rỉ xử lý đặc biệt, vật chứng có dán strain gage Khi vật chứng bị biến dạng tác dụng trọng lượng tác động vào loadcell có strain gage bị tác động Tuỳ vào dạng vật chứng ta có loại loadcell Hình 6.9 Cấu tạo loadcell Một số dạng loadcell: Bài giảng Đo lường cảm biến Trang 71 Hình 6.10 Một số dạng Loadcell Các strain gage loadcell kết nối thành mạch cầu Wheastone hình 6.11 Các strain gage mạch cầu có tác dụng bù ảnh hưởng nhiệt độ Hình 6.11 Kết nối strain gage loadcell Khi không bị tác động, điện trở strain gage cầu trạng thái cân Khi bị tác động, vật chứng bị biến dạng, strain gage thay đổi điện trở làm cầu lệch cân xuất ngõ điện áp Vo § Khi loadcell có strain gage tích cực (R2 , R4 giãn, R1 = R3 = R cố định): Thường giá trị D R