128
3.2.3. Thiết lập các mạch cầu cảm biến và chọn vị trí dán tem
Mạch cầu cảm biến có thể chứa một, hai, bốn tem điện trở hoặc nhiều hơn tuỳ thuộc vào độ lớn của lực cần đo, độ chính xác mong muốn và ảnh hởng của các tác động bên ngoài.
Chiều biến dạng của các tem phụ thuộc vào kết cấu của phần tử biến dạng và vị trí dán tem. Các tem biến dạng của cảm biến đợc sắp xếp trên phần tử biến dạng, trong đó bốn tem điện trở vừa đóng vai trò là tem đo vừa có tác dụng tự bù trừ nhiệt (hình 3.12).
Trong mạch cầu này, vì các tem đã đợc chọn là đồng nhất cho nên: R1 =
Hình 3.12. Mạch cầu điện trở với bốn tem vừa đo vừa tự bù trừ nhiệt
Nếu nh điều kiện lý tởng của cầu đợc thoả mãn R1. R3 = R2. R4, nghĩa là điện áp ra của cầu bằng không (Ura = 0). Chênh lệch điện áp ra của cầu ∆Ura có thể viết theo biểu thức sau:
( R R R R )( n) R U U g g g g g ra ra = ∆ −∆ +∆ −∆ − ∆ 1 4 1 2 3 4 [1] (3.1)
Trong đó (1 - n) là hệ số phi tuyến, với n là số phi tuyến. Trong thực tế giá trị này có thể rất bé song nó vẫn luôn tồn tại, do đó gây khó khăn trong việc thao tác căn chỉnh cầu. Tuy nhiên, bằng những giải pháp thực nghiệm ta có thể khống chế cầu cảm biến làm việc ở những đoạn tuyến tính mong muốn.
Khi có lực PY tác động vào phần tử biến dạng chịu uốn (đồng thời cũng chính là thân cảm biến), các điện trở tem R2, R4 tăng còn R1, R3 giảm. Điện áp Ura tăng tỷ lệ với lực tác dụng vào phần tử biến dạng Ura = KY.PY, trong đó PY là lực tác dụng vào phần tử biến dạng theo phơng Y, KY là hệ số tỷ lệ. Hệ số tỷ lệ KY phụ thuộc vào điện áp nuôi cảm biến, độ nhạy của tem điện trở và kết cấu phần tử biến dạng.
Khi có lực PZ tác động vào cảm biến, trên mạch cầu cảm biến đo lực PZ cũng xảy ra hiện tợng tơng tự nh trờng hợp PY tác động.
Các vị trí dán tem trên phần tử biến dạng đợc thể hiện trên hình 3.13. Tất cả các tem điện trở đợc dán trên 2 phần tử biến dạng sao cho các tem biến dạng d- ơng (+) đợc dán cùng một phía và các tem biến dạng âm (-) đợc dán ở phía đối diện qua tâm của phần tử biến dạng chịu uốn.
R1 R2 R4 R3
UN
R1
R2
R3 R4
Hình 3.13. Vị trí dán tem trên thân cảm biến