Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương 5

Chương 5 Cảm biến đo biến dạng thuộc bài giảng Cảm biến công nghiệp, có cấu trúc nội dung cần tìm hiểu được chia làm 4 phần: Phần 1 Biến dạng và phương pháp đo, phần 2 Cảm biến điện trở kim loại, phần 3 Cảm biến áp trở silic, phần 4 Cảm biến dây rung.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương 5V. CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG1. Biến dạng và phương pháp đo2. Cảm biến điện trở kim loại3. Cảm biến áp trở silic4. Cảm biến dây rung1. Biến dạng và phương pháp đo1.1. Một số khái niệm cơ bản về biến dạng: Biến dạng tương đối (ε): tỉ số giữa độ biến thiên kích thước (∆ l) do biến dạng gây ra và kích thước ban đầu (l): ∆l ε= l Giới hạn đàn hồi: ứng lực tối đa không gây nên biến dạng dẻo vượt quá 2%, tính bằng kG/mm2.1.1. Một số khái niệm cơ bản về biếndạng Môđun Young (Y): hệ số xác định biến dạng theo phương của ứng lực: 1F 1 ε || = = σ YS Y Hệ số poison (ν): hệ số xác định biến dạng theo phương vuông góc với lực tác dụng. ε ⊥ = −νε ||1.2. Phương pháp đo biến dạnga) 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.b) Cảm biến dạng dây rung: 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 loại2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Đế cách điện Đế cách điện Dây điện trở Màng điện trở a) Dạng lưới dây b) Dạng lưới màng Dây điện trở tiết diện tròn d≈ 20µm hoặc chữ nhật. Số nhánh n = 10 ÷ 20 nhánh. Đế cách điện: giấy (~ 0,1 mm), chất dẻo (~ 0,03 mm).2. Cảm biến điện trở kim loại Vật liệu chế tạo điện trở: Hợp kim Thành phần Hệ số đầu đo K Constantan 45%Ni, 55%Cu 2,1 Isoelastic 52%Fe, 36%Ni, 8%Cr, 4%(Mn+Mo) 3,5 Karma 74%Ni, 20%Cr, 3%Cu, 3%Fe 2,1 Nicrome V 80%Ni, 20%Cr 2,5 Bạch kim - 92%Pt, 8%W 4,1 vonfram 2. Cảm biến điện trở kim loại Cố định cảm biến trên bề mặt đo biến dạng: 2 3 4 5 61 7 5. Dây dẫn ề mặt khảo sát 6. Cáp điện 7. Keo dán ảm biến ớp bảo vệ ối hàn 2. Cảm biến điện trở kim loại Điện trở của cảm biến: ρ .l ∆R ∆l ∆S ∆ρ R = ⇒ = − + S R l S ρ ∆S ∆lVới = −2ν ; S l ∆ρ ∆V ∆l =C = C (1 − 2ν) (C: hằng số Bridman) ρ V l ∆R ∆l ∆l ⇒ = { (1 + 2ν ) + C (1 − 2ν )} = K. R l lVới K = (1 + 2ν ) + C (1 − 2ν ) ≈ 2 → Hệ số đầu đo2. Cảm biến điện trở kim loại2.2. Đặc điểm: Vật liệu chế tạo điện trở cần có ρ 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 - 100oC ÷ 300oC: K ( T ) = K 0 [1 + α K ( T − T0 ) ] (K0 ứng với T = 25oC, constantan α K = +0,01%/oC, isoelastic khá lớn). Ảnh hưởng của biến dạng ngang→ sai số (không đáng kể có thể bỏ qua).2. Cảm biến điện trở kim loại2. Cảm biến điện trở kim loại2. Cảm biến điện trở kim loại3. Cảm biến áp trở silic3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: a) Loại dùng mẫu cắt Điện trở Đế cách điện a) Đơn b) Nối tiếp N P N P N N c) Song song d) Song song NN3. 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 silicb) Loại khuếch tán: Dây SiO2 nối Điện trở (Si-P) Đế (Si-N) 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.3. Cảm biến áp trở silic Điện trở của cảm biến: ρ .l ∆R ∆l ∆S ∆ρ R = ⇒ ...