Chương 5 cam bien do bien dang

2,556 views
2,422 views

Published on

Chương 5 cam bien do bien dang

Published in: Education
0 Comments
9 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
2,556
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
199
Comments
0
Likes
9
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Chương 5 cam bien do bien dang

  1. 1. V. CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG 1. Biến dạng và phương pháp đo 2. Cảm biến điện trở kim loại 3. Cảm biến áp trở silic 4. Cảm biến dây rung
  2. 2. 1. Biến dạng và phương pháp đo 1.1. 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):  Giới hạn đàn hồi: ứng lực tối đa không gây nên biến dạng dẻo vượt quá 2%, tính bằng kG/mm2 . l l∆ =ε
  3. 3. 1.1. Một số khái niệm cơ bản về biến dạng  Môđun Young (Y): hệ số xác định biến dạng theo phương của ứng lực:  Hệ số poison (ν): hệ số xác định biến dạng theo phương vuông góc với lực tác dụng. σ==ε Y 1 S F Y 1 || ||νε−=ε⊥
  4. 4. 1.2. Phương pháp đo biến dạng a) 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.
  5. 5. 2. Cảm biến điện trở kim loại 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: 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). a) Dạng lưới dây b) Dạng lưới màng Đế cách điện Dây điện trở Đế cách điện Màng điện trở
  6. 6. 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 - vonfram 92%Pt, 8%W 4,1
  7. 7. 2. Cảm biến điện trở kim loại Cố định cảm biến trên bề mặt đo biến dạng: 1 2 3 54 6 7 1. Bề mặt khảo sát 2. Cảm biến 3. Lớp bảo vệ 4. Mối hàn 5. Dây dẫn 6. Cáp điện 7. Keo dán
  8. 8. 2. Cảm biến điện trở kim loại Điện trở của cảm biến: S l R .ρ = ρ ρ∆ + ∆ − ∆ = ∆ S S l l R R ⇒ l l S S ∆ ν−= ∆ 2 ;Với l l C V V C ∆ ν−= ∆ = ρ ρ∆ )21( (C: hằng số Bridman) ( ) ( ){ } l l K l l C R R ∆ = ∆ ν−+ν+= ∆ .2121⇒ Với ( ) ( ) 22121 ≈ν−+ν+= CK → Hệ số đầu đo
  9. 9. 2. Cảm biến điện trở kim loại 2.2. 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 - 100o C ÷ 300o C: (K0 ứng với T = 25o C, constantan αK = +0,01%/o C, isoelastic khá lớn). Ảnh hưởng của biến dạng ngang→ sai số (không đáng kể có thể bỏ qua). ( ) ( )[ ]00 1 TTKTK K −α+=
  10. 10. 2. Cảm biến điện trở kim loại
  11. 11. 2. Cảm biến điện trở kim loại
  12. 12. 2. Cảm biến điện trở kim loại
  13. 13. 3. Cảm biến áp trở silic 3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: P P N N NN N N Điện trở Đế cách điện a) Đơn b) Nối tiếp c) Song song d) Song song a) Loại dùng mẫu cắt
  14. 14. 3. 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.
  15. 15. 3. Cảm biến áp trở silic b) Loại khuếch tán: 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. Đế (Si-N) Đi n trệ ở (Si-P) SiO2 Dây n iố
  16. 16. 3. Cảm biến áp trở silic Điện trở của cảm biến: S l R .ρ = ρ ρ∆ + ∆ − ∆ = ∆ S S l l R R ⇒ l l S S ∆ ν−= ∆ 2 ;Với (π: hệ số áp điện trở) ( ){ } l l K l l Y R R ∆ = ∆ π+ν+= ∆ .21⇒ Với 20010021 ÷=π+ν+= YK → Hệ số đầu đo l l Y ∆ π=πσ= ρ ρ∆
  17. 17. 3. Cảm biến áp trở silic 3.2. Đặc điểm: a) Điện trở (R): Phụ thuộc độ pha tạp: Phụ thuộc nhiệt độ: tăng khi T <120o C (αR>0), giảm khi T>120o C (αR<0), )pn(q 1 pn µ+µ =ρ Nồng độ tạp chất/cm3 ρ (Ω.cm) 1014 1015 1016 1017 1018 1019 10-3 10-2 10-1 1 ρ (Ω.cm) -100 0 100 200 300 400 500 2 3 To C 4 5 6 7 1018 1020 1016 1014
  18. 18. 3. Cảm biến áp trở silic b) Hệ số đầu đo (K): Lớn: K = 100 ÷ 200. Phụ thuộc vào độ pha tạp: độ pha tạp tăng → K giảm. Phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ tăng → K giảm, độ pha tạp lớn (Nd>1020 /cm3 ) K ít phụ thuộc. -100 0 100 200 300 400 500 To C 40 80 120 160 180 200 240 600 1020 3.1019 5.1018 1017 /cm3 K Sự phụ thuộc của K vào độ pha tạp và nhiệt độ • Phụ thuộc độ biến dạng: Khi ε nhỏ → có thể coi K = const. 2 221 KKKK ε+ε+=
  19. 19. 3. Cảm biến áp trở silic b) Hệ số đầu đo (K): Lớn: K = 100 ÷ 200. Phụ thuộc vào độ pha tạp: độ pha tạp tăng → K giảm. Phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ tăng → K giảm, độ pha tạp lớn (Nd>1020 /cm3 ) K ít phụ thuộc.
  20. 20. Ưu điểm Hệ số đo lớn  đo chính xác Kích thước nhỏ gọn Đáp ứng nhanh Có độ bền mỏi tốt Nhược điểm Dễ gẫy  không đo được biến dạng lớn Hệ số đo không là hằng số Phi tuyến Ảnh hưởng bởi nhiệt độ 3. Cảm biến áp trở silic
  21. 21. 4. Cảm biến dây rung 4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: A B l A B0 N0 l+∆l0 ∆l0 A B1N1 l+∆l1 ∆l1 ∆l F0F0 F1 F1
  22. 22. 4. Cảm biến dây rung Tần số dao động: ⇒ Khi có biến dạng: độ dãn do biến dạng ⇒ Đo N1 và N0 ⇒ ∆l0: biến dạng ban đầu. l – chiều dài dây; F: lực tác dụng (căng dây); S- tiết diện dây; Y- môđun Young ; d – khối lượng riêng của vật liệu dây. l l . d Y l2 1 Sd F l2 1 N 0 0 ∆ == 2 0 20 N.KN Y ld4 l l == ∆ 2 1 1 N.K l l = ∆ 01 lll ∆∆∆ −= ( )2 0 2 1 NNK l l −= ∆ l l∆
  23. 23. 4. Cảm biến dây rung 4.2. Đặc điểm: Cấu tạo đơn giản. Đo được biến dạng của kết cấu lớn. ⇒ Ứng dụng: chủ yếu trong ngành xây dựng.

×