ЖУРНАЛ СТА 4/2013

90 СТА 4/2013 www.cta.ru Поскольку относительное удлинение зависит также от тем- пературы, для компенсации температурной составляющей ис- пользуют два тензочувствительных элемента, расположенных на общей подложке перпендикулярно друг другу (рис. 4). При этом температурные удлинения обоих элементов одинаковы, а удлинения вследствие воздействия деформирующей силы будут разные. Используя эти элементы в разных плечах изме- рительного моста (рис. 5), можно частично скомпенсировать температурную погрешность. Компенсация температурной погрешности, выполняемая изготовителем тензодатчиков, обычно не позволяет получить ошибку менее 10 микрострейн на градус. Однако, используя полиномиальную аппроксимацию температурной зависимо- сти сопротивления для её программной компенсации, мож- но снизить температурную погрешность до 1 микрострейна на градус. В полумостовой схеме (рис. 5) можно использовать два тен- зодатчика с нескомпенсированной температурной погреш- ностью, если один из них работает на растяжение, а второй – на сжатие, например в случае измерения механического на- пряжения изгибаемой балки. Таким образом можно повысить чувствительность схемы измерения в 2 раза и одновременно скомпенсировать температурную погрешность (рис. 6). Дальнейшего повышения чувствительности схемы измере- ний можно достичь, если использовать четыре тензодатчика, два из которых работают на растяжение, а два других – на сжатие (рис. 7). В схеме на рис. 6 относительное выходное напряжение мо- ста равно: , а с учётом начального смещения напряжения вследствие дис- баланса моста V см получим: . Если ввести обозначение , то для измерительной цепи, показанной на рис. 6, относитель- ное растяжение тензодатчика в зависимости от относительного приращения напряжения на выходе моста V r будет равно . ε γ = − 2 V GF V V V V r o ex = − см V V V GF o ex см − = − ⋅ ε 2 V V GF o ex = − ⋅ ε 2 Зная ε и пользуясь законом Гука в форме (6), можно най- ти искомую силу F . Для других схем включения тензодатчиков, показанных на рис. 7–9, аналогичные формулы приведены в соот- ветствующих подрисуночных подписях. Начальная балансировка моста может быть выполнена как аппаратно (с помощью резисторов), так и программ- но. Эти методы имеют прин- ципиальные различия. Если мост не сбалансиро- ван с помощью резисторов, то на его выходе присутствует напряжение дисбаланса V см , которое складывается с полезным сигналом V с , то есть V 0 = V см + V с . Если верхняя граница диапазона измерения на- пряжения (напряжение насыщения усилителя) равна V max , то коэффициент усиления не может быть больше, чем , то есть максимально возможный коэффициент усиления сиг- нала K с на выходе несбалансированного моста ограничивает- ся напряжением дисбаланса: . Например, при ти- повом значении V max = 2,5 В и V см = 25 мВ коэффициент уси- ления сигнала не может быть больше 100. Однако практиче- ски необходимое усиление достигает 2000 (см. описание при- бора SCXI-1121 фирмы National Instruments). Таким образом, несмотря на возможность компенсации смещения программным способом, этот метод ограничивает возможность увеличения чувствительности измерительной системы. Им можно пользоваться для компенсации только небольших напряжений дисбаланса моста. В ЛИЯНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ПРОВОДОВ В предыдущих измерительных цепях не были учтены со- противления подводящих проводов. Однако при использова- K V V c ≤ ma см x V V V ma см x с + В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА + – V o V ex R 1 R 2 R G ( T ) R G ( T )+ Δ R Рис. 5. Полумостовая схема включения тензорезисторов для компенсации температурной погрешности (растяжение) (сжатие) + – V o V ex R 1 R 2 R G – Δ R R G + Δ R Рис. 6. Включение двух датчиков для компенсации температурной погрешности, ε γ = − 2 V GF (растяжение) (сжатие) + – V o V ex R G – Δ R (сжатие) R G – Δ R R G + Δ R (растяжение) R G + Δ R Рис. 7. Использование четырёх тензодатчиков для повышения чувствительности схемы измерения и компенсации температурной погрешности, + – V o V ex R G – Δ R (сжатие) R G (– νε ) R G + Δ R (растяжение) R G (+ νε ) Рис. 8. Схема с четырьмя тензодатчиками, два из которых расположены перпендикулярно направлению силы, ε ν γ = − ⋅ ⋅ + 2 1 V GF ( ) + – V o V ex R G (– νε ) R G (– νε ) R G + Δ R R G + Δ R Рис. 9. Схема с четырьмя тензодатчиками, но с отличающимся от представленного на рис. 8 размещения датчиков в плечах моста, ε γ = − V GF ε ν ν γ γ = − ⋅ ⋅ + ( ) − ⋅ − ⎡⎣ ⎤⎦ 2 1 1 V GF V ( )