Đầu đo điện trở kim loại

Đầu đo điện trở kim loạiBởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Đầu đo điện trở kim loại có cấu tạo dạng lưới.. Đối với đầu đo dạng lưới dây, được làm bằng dây điệ

Đầu đo điện trở kim loại

Bởi:

Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Đầu đo điện trở kim loại có cấu tạo dạng lưới Đối với đầu đo dạng lưới dây, được làm bằng dây điện trở có tiết diện tròn (đường kính d ≈ 20 μm) hoặc tiết diện chữ nhật axb (hình 14.1a) Đầu đo dạng lưới màng chế tạo bằng phương pháp mạch in (hình 14.1b)

Số nhánh n của cảm biến thường từ 10 - 20 nhánh

Hình 14.1: Sơ đồ cấu tạo của đầu đo kim loại

a) Đầu đo dùng dây quấn b) Đầu đo dùng lưới màng

Cảm biến được cố định trên đế cách điện mỏng bề dày ~ 0,1 mm làm bằng giấy hoặc ~ 0,03 mm làm bằng chất dẻo (polyimide, epoxy) Vật liệu làm điện trở thường thuộc họ hợp kim Ni (bảng 14.1)

Bảng 14.1

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

Khi đo cảm biến được gắn vào bề mặt của cấu trúc cần khảo sát (hình 14.2), kết quả là cảm biến cũng chịu một biến dạng như biến dạng của cấu trúc

Hình 14.2: Cách cố định đầu đo trên bề mặt khảo sát

1) Bề mặt khảo sát 2) Cảm biến 3)Lớp bảo vệ 4) Mối hàn

5) Dây dẫn 6) Cáp điện 7) Keo dán

Điện trở của cảm biến xác định bởi biểu thức :

(14.4)

Phương trình sai phân:

Biến dạng dọc Δl của dây kéo theo biến dạng ngang của tiết diện, quan hệ giữa biến dạng ngang và biến dạng dọc có dạng:

Tiết diện ngang của dây S = ab hoặc

, ta có:

Mặt khác, đối với đầu đo kim loại:

C - hằng số Bridman.

V - thể tích dây

Vì V = S.l, ta có:

Và:

Vậy ta có:

(14.5)

Hệ số K được gọi là hệ số đầu đo, giá trị xác định theo biểu thức:

(14.6)

Vì ν≈0,3, C ≈1, nên đầu đo kim loại có K ≈2

Các đặc trưng chủ yếu

- Điện trở suất : điện trở của vật liệu làm dây phải đủ lớn để dây không quá dài làm tăng

kích thước cảm biến và tiết diện dây không quá bé làm giảm dòng đo dẫn đến làm giảm

độ nhạy

- Hệ số đầu đo: thông thường K = 2 - 3, ngoại trừ isoelastic có K = 3,5 và platin-vonfram

K = 4,1

- Ảnh hưởng của lực đến độ tuyến tính: trong giới hạn đàn hồi, hệ số đầu đo không đổi

do quan hệ tuyến tính giữa điện trở và biến dạng Ngoài giới hạn đàn hồi, khi Δl/l > 0,5% - 20% tuỳ theo vật liệu, hệ số đầu đo K ≈ 2

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: nói chung K ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, ngoại trừ

isoelastic Trong khoảng nhiệt độ từ - 100oC ÷ 300oC sự thay đổi của hệ số đầu đo K theo nhiệt độ có thể biểu diễn bởi biểu thức:

(14.7)

K0- hệ số đầu đo ở nhiệt độ chuẩn T0(thường T0= 25oC)

αK - hệ số, phụ thuộc vật liệu Với Nichrome V thì αK = -0,04%/oC, constantan αK = +0,01%/oC

- Độ nhạy ngang: ngoài các nhánh dọc có điện trở RLcảm biến còn có các đoạn nhánh ngang có tổng độ dài lt, điện trở Rt, do đó điện trở tổng cộng của cảm biến bằng R = RL

+ Rt Trong quá trình biến dạng các đoạn ngang cũng bị biến dạng, Rtthay đổi cũng làm cho R thay đổi Tuy nhiên do Rt << RL, ảnh hưởng của biến dạng ngang cũng không lớn