2 Cảm biến biến dạng
2.2.2 Các đặc trưng chủ yếu
Điện trở suất: điện trở suất ρ của vật liệu dùng dây dẫn phải đủ lớn để không cần đến dây quá dài làm tăng kích thước cảm biến, song cũng
không nên giảm tiết diện dây dẫn quá nhiều để không làm giảm dòng đo và do đó không làm giảm độ nhạy.
Hệ số đầu đo K: Thông thường K có giá trị nằm trong khoảng
2±0,1, ngoại trừ trường hợp isoelastic K = 3,5 và hợp kim platin-vonfram K = 4,1.
Ảnh hưởng của ứng lực đến độ tuyến tính: Trong giới hạn đàn hồi, hệ
số đầu đo không đổi do đó mối quan hệ giữa sự thay đổi của điện trở và biến dạng là tuyến tính. Khi dây dẫn bị biến dạng và nằm ngoài vùng giới hạn đàn hồi, |∆`/`| > 0,5%÷20% tùy thuộc vào loại vật liệu, hệ số Poisson bằng 0,5 và hệ số đầu đo đạt giá trị gần bằng 2. Đối với hợp kim isoelastic: K = 3,5 khi |∆`/`| < 0,65%. Ở ngoài giới hạn này, nghĩa là khi |∆`/`| > 0,65%, K = 2.
Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nói chung K ít chịu ảnh hưởng của nhiệt
độm, ngoại trừ trường hợp isoelastic. Trong một khoảng nhiệt độ tương đối rộng, −1000C < T <3000C, biểu thức của K có dạng:
K(T) = K01 +αK(T −T0) (2.15) trong đó K0 là hệ số đầu đo ở nhiệt độ chuẩn T0 (thông thường
T0 = 250C).
Giá trị của αK đối với một số chất như sau: - Nichrome V αR = −0,04%/0C,
- Constantan: αK = +0,01%/0C.
Độ nhạy ngang: Ngoài các đoạn nhánh dọc có điện trở RL còn các
đoạn vuông góc với nhánh dọc có độ dài `t và điện trở Rt, các đoạn này nhạy với biến dạng ngang (hình (2.3)).
Hình 2.3: Nhánh ngang của đầu đo dạng lưới ngang, nghĩa là R = RL +Rt, do đó ∆R R = ∆RL R + ∆Rt R (2.16) với ∆RL R = K ∆` ` (2.17) và ∆Rt Rt = K ∆`t `t (2.18)
Trên thực tế người ta chế tạo sao cho Rt RL để giảm kích thước phần dây ngang.
KẾT LUẬN
Vấn đề hàng đầu trong việc đánh giá độ an toàn cho cho hoạt động của thiết bị là xác định ứng lực cơ học tác động lên các cấu trúc trong những điều kiện xác định. Kết quả của sự tác động này là sự biến dạng của môi trường chịu ứng lực. Quan hệ giữa ứng lực và biến dạng có thể được làm sáng tỏ bằng lý thuyết sức bền vật liệu và dựa vào mối quan hệ đó người ta tính được ứng lực khi đo biến dạng do nó gây ra. Các cảm biến dùng để đo biến dạng cũng chính là các đầu đo biến dạng.
Có hai loại đầu đo biến dạng:
- Đầu đo điện tử là loại thường được sử dụng. Nó được gán trực tiếp trên cấu trúc chịu biến dạng. Các đầu đo loại này có kích thước nhỏ, từ vài mm đến cm, cho nên có thể đo theo điểm.
- Đầu đo dạng dây rung được dùng trong xây dựng. Đầu đo được làm bằng một sợi dây kim loại căng giữa hai điểm của cấu trúc cần đo biến dạng (khoảng cách giữa hai điểm ∼ 10cm). Tần số dao động của dây là hàm của sức căng cơ học, tần số này thay đổi khi điểm tựa của hai đầu dây bị biến dạng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Phan Quốc Phô, Giáo trình cảm biến, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
2. Phùng Hồ, Giáo trình chân không, Hà Nội, 1974.
3. TS. Đào Thái Diệu, Tập bài giảng kỹ thuật cảm biến đo lường và
điều khiển, Đại học Công nghiệp TPHCM 2008.
4. Dương Minh Trí (2000), Cảm biến và ứng dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.