Физика Электроника

Лабораторные работы по электронике

Основные характеристики тензорезисторов

К основным технико-метрологическим характеристикам тензорезисторов относятся тензочувствительность, ползучесть, механический гистерезис, температурная нестабильность и группа динамических характеристик.

Тензочувствительность определяется главным образом тензорезистивными свойствами материала чувствительного элемента, однако в значительной степени зависит от конструкции преобразователя, материала основы, вида и условий полимеризации клея и других факторов. Тензочувствительность тензорезистора, как и самого тензорезистивного материала, определяется коэффициентом относительной тензочувствительности K (15).

Ползучесть проявляется в виде изменения выходного сигнала при заданном и неизмененном значении деформации и определяется обычно как, где  - приведенное к входу изменение выходного сигнала при заданной относительной деформации . Причиной ползучести является упругое несовершенство основы и клея. В пределах упругого диапазона деформаций ползучесть большинства тензорезисторов не превышает 1-1,5% за 6 ч.

Механический гистерезис, как и ползучесть, обусловлен упругим несовершенством основы и клея и численно определяется как приведенная к входу разность значений выходного сопротивления для одного и того же значения деформации при условии, что данное значение деформации достигается при плавном ее возрастании и плавном уменьшении. Для различных типов тензорезисторов механический гистерезис лежит в пределах 0,5-5%.

Температурная нестабильность, или влияние температуры окружающей среды на основные параметры тензорезисторов, заключается, с одной стороны, в изменении сопротивления тензорезистора за счет его ТКС, а с другой – в появлении дополнительных механических напряжений вследствие различия в температурных коэффициентах линейного расширения материала тензорезистора и исследуемой детали.

Основной динамической характеристикой тензорезисторов является их собственная частота, значение которой для наклеенных тензорезисторов лежит в пределах 100-300 кГц. Собственная частота тензорезистора определяет предельную частоту исследуемого процесса, при которой частотными погрешностями можно пренебречь. Для исследований переменных деформаций обычно выбирают тензорезистивный преобразователь, собственная частота которого хотя бы в 5-10 раз превышала частоту деформаций.

Важным параметром тензорезисторов является допустимая мощность, которая может рассеиваться в тензорезисторе при условии, что его перегрев не превысит допустимого значения. Допустимая мощность тензорезистора находится в определенной зависимости от его геометрических размеров, что может использоваться как при определении для известных тензорезисторов, так и при определении геометрических размеров проектируемых преобразователей, исходя из заданной допустимой мощности или допустимого значения измерительного тока.

Удельная мощность используемых в настоящее время проволочных, фольговых и полупроводниковых тензорезисторов независимо от рассеиваемой в них мощности и полной поверхности, занимаемой чувствительным элементом, обычно колеблется в незначительных пределах: =26…28 кВт/м.

Особенностью приклеиваемых тензорезистивных преобразователей является то обстоятельство, что они представляют собой преобразователи разового действия, т.е. не могут быть переклеены из объекта на объект. Поэтому функция преобразования рабочего тензорезистора не может быть определена, а для ее оценки определяют функцию преобразования аналогичного, так называемого градуировочного, преобразователя из той же партии. Естественно, что такой способ оценки характеристик рабочих тензопреобразователей применим лишь в том случае, когда свойства преобразователей всей партии совершенно идентичны, а остаточные деформации, вызываемые затвердеванием клея при приклейке рабочих и градуировочных преобразователей, так же одинаковы. Практика показывает, что погрешность от неидентичности при тщательной приклейке тензорезисторов и хорошем качестве клея обычно не превышает 1,5%.

3. Оборудование, используемое при выполнении лабораторной работы.


Рис. 3. Структурная схема тензометрической установки для измерения усилий

Д – датчик силоизмерительный резистивный 1778 ДСТ К 1,5-0,4 (далее – просто датчик);

УПТ – усилитель постоянного тока;

ИП – источник постоянного тока;

V – вольтметр постоянного тока.

Измеряемое усилие P воздействует на упругий элемент датчика Д, из-за этого меняется сопротивление тензорезисторов, и, как следствие этого, напряжение постоянного тока на выходе датчика.

3.1. Технические характеристики силоизмерительного датчика.

Датчик предназначен для получения информации о величине измеряемых статических или медленно меняющихся усилий сжатия или растяжения. Его основными частями являются упругий элемент и наклеенные на него тензорезисторы.

Датчик обеспечивает свои метрологические характеристики при эксплуатации в рабочих условиях с температурой от минус 50 до плюс 50 °С, атмосферном давлении от 630 до 800 мм рт. ст. и напряжении питания постоянным электрическим током не более 12В.

Одним из основных параметров датчика является рабочий коэффициент передачи – отношение напряжения выходного сигнала в мВ к напряжению питания в В при номинальной нагрузке. Номинальная нагрузка датчика – 1,5 тс (1,5 кН). Рабочий коэффициент передачи (РКП) – 1,5 мВ/В. Категория точности – 0,4.

Начальное значение коэффициента передачи (НКП) датчика должно быть не более 2,5% РПК.

Нижний предел измерения датчика должен быть не более 20% от номинальной нагрузки. Датчик должен быть устойчив к нагрузке, на 25% превышающую номинальную, воздействующую непрерывно в течение не менее двух часов.

Допускаемые значения погрешностей приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Наименование погрешности

Допускаемое значение, % от РКП

Систематическая составляющая погрешности

0,40

СКО случайной погрешности

0,20

Гистерезис

0,40

Нелинейность

0,40

Изменение НКП при изменении температуры на 1 °C

0,012

Изменение РКП при изменении температуры на 1 °C

0,012

При прохождении постоянной составляющей коллекторного тока Iк по сопротивлению Rк на последнем возникает падение напряжения. Поэтому величина напряжения на коллекторе транзистора Uкэ относительно эмиттера равна разности напряжений источника питания и падения напряжения на резисторе Rк, т. е. Uкэ=Eп–IкRк. Эта формула показывает, что максимальному значению тока коллектора будет соответствовать минимальное напряжение на коллекторе и наоборот. Рабочая точка или точка покоя транзистора задается пересечением выходной динамической характеристики по постоянному току (или, другими словами, нагрузочной прямой по постоянному току) с одной из статических коллекторных (выходных) характеристик транзистора (на рис. 7.7  эта точка обозначена буквой П). Наклон выходной динамической характеристики по постоянному току, которая, как следует из рисунка, пересекает оси Iк и Uкэ в точках Еп/Rк и Еп соответственно, зависит от величины коллекторного сопротивления: чем больше Rк, тем меньше угол a. Для определения нужной кривой семейства статических характеристик необходимо знать ток базы в рабочей точке Iбп. Порядок нахождения тока Iбп будет описан ниже.


Если на входе каскада действует переменный сигнал достаточно низкой частоты, то точки пересечения максимального и минимального значений тока базы Iб макс и Iб мин с нагрузочной прямой определяют значения напряжения на выходе транзистора. При этом максимальному току базы Iб макс соответствует максимальное значение тока в цепи коллектора и минимальное напряжение между коллектором и эмиттером. При минимальном значении тока базы Iб мин ток коллектора будет также минимальным, а напряжение между коллектором и эмиттером – максимальным. Из сказанного выше следует, что схема с ОЭ инвертирует усиливаемый сигнал.

С целью более точного определения величины выходного напряжения каскада при наличии сигнала на его входе необходимо учитывать, что по переменному току резисторы Rк и Rн включены параллельно. В этом случае следует пользоваться нагрузочной прямой по переменному току, однозначно связывающей мгновенные значения тока и напряжения на выходе каскада. Данная прямая проходит через ту же точку покоя П, что и прямая по постоянному току, но под большим углом a1 к оси Uкэ (на рис. 7.7  a1>a).

Существенное значение при исследовании работы УННЧ имеет выбор схемы термостабилизации. Необходимость стабилизации работы усилительного элемента связана с изменением обратного тока коллектора , который, например, для германиевых транзисторов примерно удваивается при увеличении температуры на каждые 10 °С. При этом начальная рабочая точка транзистора смещается, что может привести к возникновению нелинейных искажений. Изменение положения рабочей точки также ведет к изменению входного и выходного сопротивления усилителя и его амплитудной характеристики. Поэтому необходимо стабилизировать начальную рабочую точку усилительного элемента.

Наиболее распространенная схема эмиттерной термостабилизации представлена на рис. 7.8. Здесь для стабилизации рабочей точки введена отрицательная обратная связь по току, для чего в цепь эмиттера включено сопротивление Rэ. Резистивный делитель R1, R2 предназначен для поддержания неизменным потенциала на базе транзистора, причем номиналы данных резисторов выбираются так, чтобы ток, протекающий через делитель, был в несколько раз больше тока базы. Допустим, что ток Iк увеличился из-за увеличения температуры. Вместе с ним увеличивается и ток эмиттера Iэ, т. к. эти токи связаны между собой равенством Iэ=Iк+Iб. Увеличение тока эмиттера приводит к увеличению падения напряжения на сопротивлении Rэ. При неизменном потенциале базы это ведет к уменьшению разности потенциалов на переходе база–эмиттер. Для иллюстрации вышесказанного на рис. 7.9 стрелками показаны величины напряжений на электродах транзистора при нормальной температуре (рис. 7.9 а) и при увеличении температуры (рис. 7.9 б).


Уменьшение напряжения на переходе база–эмиттер приводит к уменьшению тока базы и далее к уменьшению тока коллектора. В итоге происходит компенсация начального увеличения тока Iк. Однако, введение сопротивления Rэ ведет не только к стабилизации положения рабочей точки, но и к уменьшению коэффициента усиления K из-за влияния отрицательной обратной связи по переменной составляющей коллекторного тока. Чтобы избежать этого, сопротивление Rэ блокируется по переменной составляющей конденсатором большой емкости Сэ, который шунтирует Rэ по переменному току (рис. 7.8). Приближенно величина конденсатора может быть выбрана из условия , где wн – наименьшая частота в спектре усиливаемого сигнала.


С индивидуалочкой с площадки http://prostitutki-kazan.info/uslugi/igrushki/ можно повеселиться с использованием секс-игрушек.
Полупроводниковые выпрямители