Bài giảng Đo lường và cảm biến: Chương 6 - ThS. Trần Văn Lợi

Bài giảng Đo lường và cảm biến - Chương 6: Đo biến dạng, lực và trọng lực giúp các bạn nắm vững nội dung kiến thức về cảm biến biến dạng (Strain gage), cảm biến trọng lượng – Load cell, đo áp suất. Để nắm vững nội dung chi tiết bài giảng mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Đo lường và cảm biến: Chương 6 - ThS. Trần Văn LợiChương 6ĐO BIẾN DẠNG, LỰC VÀ TRỌNG LƯỢNG6.16.1.1CẢM BIẾN BIẾN DẠNG (STRAIN GAGE)Cấu tạo của cảm biến biến dạng (strain gage):Cảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất (thường dùng hợp kim củaNiken) có chiều dài là l và có tiết diện s, được cố dịnh trên một phiến cách điện như hình 6.1Hình 6.1 Cảm biến biến dạngKhi đo biến dạng của một bề mặt dùng strain gage, người ta dán chặt strain gage lên trênbề mặt cần đo sao cho khi bề mặt bị biến dạng thì strain gage cũng bị biến dạng. Điện trở củacảm biến:R=rls(6.1)Khi cảm biến bị biến dạng, do kích thước của dây dẫn bị thay đổi nên điện trở của cảmbiến thay đổi một lượng DR :DR Dl Dr Ds= +Rlrs(6.2)Trong đó:Dl : biến thiên chiếu dài của dây dẫn.Dr :biến thiên điện trở suất của dây dẫn.Ds : biến thiên tiết diện của dây dẫn.R: điện trở của cảm biến khi chưa bị biến dạng.Biến dạng dọc của dây dẫn kéo theo biến dạng ngang của dây. Nếu dây dẫn hình chữ nhậtcó các cạnh a, b hoặc dây dẫn tròn có đường kính d thì quan hệ giữa biến dạng dọc và ngang củadây như (6.3).Trong đó v là hệ số Poisson. Trong vùng đàn hồi, v » 0.3 . Tiết diện s của dâynên:Bài giảng Đo lường và cảm biếnTrang 67Sự thay đổi của điện trở suất của dây dẫn tuân theo quan hệ:Trong đó C là hằng số Bridman. V = l.s, DV là thể tích và lượng biến thiên thể tích củadây dẫn.Thay (6.4), (6.5) vào (6.2) ta được:VớiHình 6.2 Cảm biến biến dạng (Strain gage)6.1.2Ứng dụng của cảm biến biến dạng:Strain gage được dùng để đo lực, đo mô men xoắn của trục, đo biến dạng bề mặt của chitiết cơ khí, dùng để chế tạo cảm biến trọng lượng (Loadcell), cảm biến đo ứng suất …§Đo lực dùng cảm biến biến dạng:Để đo lực tác động lên một vật thể, ta dán strain gage vào một vật ứng lực (vật chứng) đặtgiữa điểm tác dụng lực và vật chịu tác động sao cho biến dạng của cảm biến bằng với biến dạngcủa vật chứng, dưới tác dụng của lực tác động, vật chứng bị biến dạng sẽ làm cảm biến biến dạnglà thay đổi điện trở của cảm biến, đo sự thay dổi điện trở của cảm biến ta suy ra lực tác dụng.Hình 6.3 Đo lực dùng cảm biến biến dạngKhi vật chứng bị tác dụng bởi lực F nó sẽ bị biến dạng theo phương ứng lực một lượng eTrong đó: e là biến dạng của vật chứng, s là ứng lực, Y là module Young, S là tiết diệncủa vật chứng, F là lực tác dụng. Tương ứng với các vật liệu khác nhau thì module Young sẽkhác nhau.Bài giảng Đo lường và cảm biếnTrang 68Ví dụ: Đo lực ép cho máy ép cọc bê tông hình 6.4.Hình 6.4 Máy ép cọc bê tông§Đo mô men xoắn dùng cảm biến biến dạng:Để đo mô men xoắn của trục quay, ta dán 2 strain gage lên trên trục quay theo hướng củaứng suất (Nghiêng 45 ° so với trục) và 2 strain gage có trục vuông góc với nhau như hình 6.5 và2 strain gage được bố trí sao cho một strain gage nén và một strain gage giãn.Hình 6.5 Dán strain gage lên trục để đo mô men xoắnKhi chịu tác dụng của ngẫu lực, trên bề mặt của trục quay sẽ xuất hiện một biến dạng eTrong đó:T là mô men tác động lên trục.Y là module Young.D là bán kính bề mặt trục.Ví dụ: Đo mô men xoắn trên trục của hệ tuabin máy phát:Hình 6.6 Hệ tua bin máy phátBài giảng Đo lường và cảm biếnTrang 69Hình 6.7 Cảm biến đo mô men xoắn§Mạch đo dùng strain gage:Trong trường hợp dùng 2 strain gage thì Rx1 sẽ là strain gage nén ( Rx1 = R - D R), Rx2sẽ là strain gage giãn ( Rx1 = R + D R).Hình 6.8a. Mạch đo một strain gageHình 6.8b. Mạch đo 2 strain gageTrong mạch đo hình 6.8a thí điện áp ngõ ra Vo là:Trong mạch đo hình 6.8b, điện áp ngõ ra Vo là:Bài giảng Đo lường và cảm biếnTrang 706.26.2.1CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG – LOAD CELL:Cấu tạo của Loadcell:Loadcell gồm một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không rỉ được xử lýđặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage. Khi vật chứng bị biến dạng dưới tác dụng của trọnglượng tác động vào loadcell thì có thể có 2 hoặc 4 strain gage bị tác động. Tuỳ vào dạng của vậtchứng ta có các loại loadcell.Hình 6.9 Cấu tạo của loadcellMột số dạng của loadcell:Bài giảng Đo lường và cảm biếnTrang 71 ...