chương 5 cảm biến đo biến dạng

Cảm biến điện trở kim loại 3.. Một số khái niệm cơ bản về biến dạng:  Biến dạng tương đối : tỉ số giữa độ biến thiên kích thước l do biến dạng gây ra và kích thước ban đầu l:  Giới

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 (): 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

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 (): hệ số xác định biến dạng theo phương vuông góc với lực tác dụng.

FY

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.

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20m 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

2 Cảm biến điện trở kim loại

Vật liệu chế tạo điện trở:

Isoelastic 52%Fe, 36%Ni, 8%Cr, 4%(Mn+Mo) 3,5

2 Cảm biến điện trở kim loại

Cố định cảm biến trên bề mặt đo biến dạng:

6 7

2 Cảm biến điện trở kim loại

Điện trở của cảm biến:

l R

R



l

l S

l C

12

1



2 Cảm biến điện trở kim loại

2.2 Đặc điểm:

 Vật liệu chế tạo điện trở cần có  đủ lớn.

 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 - 100 o C  300 o C:

(K 0 ứng với T = 25 o C, constantan  K = +0,01%/ o C, isoelastic khá lớn).

Ảnh hưởng của biến dạng ngang sai số (không đáng kể có thể bỏ qua)

2 Cảm biến điện trở kim loại

3 Cảm biến áp trở silic

3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

P P N

N NN N N

a) Loại dùng mẫu cắt

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.

3 Cảm biến áp trở silic

b) Loại khuếch tán:

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.

Đế (Si-N)

Điện trở (Si-P)

SiO2

Dây nối

l R

R



l

l S

l Y

(q

• Phụ thuộc độ biến dạng:

Khi  nhỏ  có thể coi K = const.

2 2 2

K

K     

4 Cảm biến dây rung

4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

A

B l

4 Cảm biến dây rung

l0: biến dạng ban đầu.

l – chiều dài dây;

F: lực tác dụng (căng dây);

S- tiết diện dây;

d

Y l

2

1 Sd

F l



4 Cảm biến dây rung

4.2 Đặc điểm:

Cấu tạo đơn giản.

Đo được biến dạng của kết cấu lớn.