Расчет параметров датчика давления с плоской мембраной и наклеенными тензорезистивными преобразователями радиальной деформации

Рассчитать параметры датчика давления с плоской мембраной и наклеенными тензорезистивными преобразователями радиальной деформации.

Диапазон измеряемых избыточных давлений 0 .0,8 МПа.

Собственная резонансная частота датчика - не менее 0,8 кГц.

В качестве измерительного преобразователя используется тензорезисторы с номинальным сопротивлением (50 + 8*10) Ом, коэффициентом относительной тензочувствительности K=2,08 и допустимой удельной рассеиваемой мощностью Pуд = 2 мВт/мм2. Тензорезистор проволочный, радиус проволоки 0,1 мм, общая длина проволоки: (50 + 8) мм. Предполагается, что тепловой контакт с объектом обеспечивается по половине периметра проволоки.

· Определить требования к источнику питания мостовой схемы (допустимое напряжение и рабочий ток).

· Определить требования к коэффициенту усиления согласующего усилителя при подключении к АЦП с входным диапазон: 0 .5 В.

· Определить требования к уровню шумов согласующего усилителя для обеспечения погрешности не более (0,08) %.

· Определить погрешность из-за влияния соединительных проводников, если их длина составляет (10 + 8) м, а сечение 0,07 мм2.

· Привести многопроводную схему подключения датчика, исключающую влияние соединительных проводников (с описанием принципа действия).

Выполнение расчетно-графической работы

Принцип работы тензодатчика основан на изменении мостовой схемы при его деформации под действием давления, что приводит к изменению выходного параметра .

Рисунок 1. Схема датчика давления

Схема датчика давления с плоской мембраной и наклеенными тензорезисторами изображена на рис. 1.

На рисунке обозначено:- толщина мембраны;- радиус мембраны;- расстояние от центра мембраны до датчика- избыточное давление.

Из выражения для резонансной частоты:

получим выражение для радиуса мембраны:

,

где fp - резонансная частота fp=0,8*103 Гц;

- коэффициент Пуассона =0,3;

Е - модуль упругости для меди Е=108*109 ГН/м2;

- плотность меди =8,93*103 кг/м3.

Подставив значения в формулу, получим:

м.

Для нахождения радиальной деформации, нужно задаться расстоянием от центра мембраны до датчика.

При условии, что датчик расположен по центру мембраны (r = 0), радиальная деформация будет иметь следующее значение:

.

Схема включения тензорезистора выглядит следующим образом:

Рисунок 2. Схема включения тензорезистора

Поскольку заданы удельная мощность рассеивания и геометрические характеристики датчика, то можно рассчитать рабочий ток через тензорезистор, включенный в четвертьмостовую схему.

Тензорезистор имеет тепловой контакт только по половине периметра соединительного провода, поэтому общая площадь контакта:

,

где r1 - радиус проволоки; l - общая длина проволоки.

мм2.

Определим допустимую мощность рассеивания:

мВт.

, где I - рабочий ток, Ro - сопротивление датчика.

Отсюда находим:

А.

Определяем требования к источнику питания мостовой схемы из условия:

, В.

Выбираем стандартное напряжение 3,3 В.

Рабочий ток нагрузки А.

Определим увеличение сопротивления тензорезистора при максимальном измеряемом сигнале из соотношения:

,

где К=2,08 - коэффициент относительной тензочувствительности.

Прочтите также:

Цифровой сглаживающий фильтр
С внедрением в промышленность цифровых технологий появилась возможность строить устройства обработки оцифрованных сигналов вычислительным методом. Такой способ обладает рядом важных пре ...

Использование зарубежных магнитных компасов на морском флоте (МК компании С.Plath, Sperry Marine и Tokyo Keiki)
Изобретение морского компаса дало мореплавателям надежное средство для ориентировки в море в любой момент дня и ночи и независимо от погоды и было необходимым шагом к эпохе великих геог ...

Усилители звуковых частот
Усилительные устройства актуальны были всегда. И в нынешнем, современном мире они все также находят достойное место среди другой аппаратуры. Усилители широкополосные, импульсные, осцилло ...