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 дозиметр
Радиоактивность - это способность некоторых природных элементов (радия, урана, тория и др.), а также искусственных радиоактивных изотопов самопроизвольно распадаться, испуская при этом ...

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

Устройства преобразования и обработки информации в системах подвижной радиосвязи
Цифровое представление речевого колебания, как следует из названия основано на сохранении формы колебания в процессе дискретизации и квантования. Способы представления речевого сигнала ...