53
2
эл
0
дат
h
S
h
С
S
(2.3)
мұндағы P – өлшенетін қысым, C – ЭС сиымдылығы, S – СЭ электрод
ауданы;
h –СЭ электродтар арасындағы ойық қалыңдығы; ε
0
– диэлектрлік
тұрақты.
Сиымдылық өзгергендегі қысымды түлендірудің құрылымдық сызбасы 2.3
суретте келтірілген, мұнда кіріс ақпараттық шама ретінде белгіленген (Р
Х
)
қысым өзгеруі, сыртқы әсер ететін факторлар ретінде (t) температура және (а)
виброжылдамдату, аралық шама - (
Y) серпімді элемент ауытқуы, шығыс
ақпараттық шама- (
С
Х
) жұмыс және тірек (
С
П
) сиымдылықтарды өзгерту.
СЭ – сиымдылықты сезімтал элемент, ЭТ – электронды түрлендіргіш
Сурет 2.3 - Қысымның сиымдылықты түрлендірудің құрылымдық
сызбасы
2. Түрлендірудің тензометрлік тәсілі
Өлшеу технологиясында кеңінен қолданылатын қысымды түрлендіру
принципі ол, метелл (тензорезистивті әсер) мен жартылай өткізгіштегі
(пьезорезистивті әсер) тензоәсер.
Қысымды түрлендірудің келесі принципі өлшеу технологиясында кеңінен
қолданыс
тапқан
металлдағы
(тензорезистивтік
әсер)
және
жартылайөткізгіштегі (пьезорезистивтік әсер) тензоәсер болып табылады.
Тензоәсердің мәні, деформация және механикалық кернеу әсерінен металл
элементтерінің (өлшемдік әсер) сызықтық және көлденең өлшемдері және
жартылайөткізгіштің (электрофизикалық әсер) өткізгіштігі өзгереді. Бұл
олардың электрлік кедергісінің өзгеруіне әкеледі:
Р
Х
Х
Х ТР
l
Х ТР
R
X
(2.4)
Көрсетілген әсерлердің базалық теңдеулері болып екі аналитикалық өрнек
табылады [49].
S
l
R
(2.5)
54
мұндағы l, S – тензосымның көлденең қимасының ұзындығы мен ауданы; ρ –
материалдың меншікті кедергісі.
(2.5) дифференциалдап, аламыз:
S
dS
l
dl
d
R
dR
(2.6)
(2.6) теңдеуі құрамына кіретін құраушылар, келесі физикалық мағынасы
болады: dl / l = ε – салыстырмалы деформация; dρ / ρ= m·ε, мұндағы m –
деформация әсер ететін меншікті кедергінің өзгеру коэффициенті.
Дөңгелек қималы өткізгіш үшін
2
2
2
2
r
dr
r
rdr
S
dS
, мұндағы
–
Пуассон коэффициенті.
Енгізілген белгілерді (2.6) қойып, тензоәсерге арналған негізгі өрнекті аламыз:
)
2
1
(
m
R
dR
=К·ε,
(2.7)
мұндағы К = 1+2μ+m – тензосезімталдық коэффициенті, тензорезистор
тасымалдаушы сипаты болады.
Соңғы өсімдерге өткенде, тензоәсерді сипаттайтын қарапайым өрнек аламыз:
К
R
R
(2.8)
мұндағы
R
– деформация болмаған тензосымның кедергісі, а ΔR –
деформация болғандағы кедергінің абсолютті өсімі.
Жоғары омды металл материалдардың К тензосезімталдық коэффициенті
(хром негізіндегі қосылыс) 1,9 – 2,9 шегінде болады; платина – 4, жартылай
өткізгіш 100 дейін және одан жоғары [28, с. 102].
СЭ – серпінді элемент; ТСЭ – тензосезімтал элемент
Сурет 2.4 - Қысым түрленуінің тензометриялық әдісінің құрылымдық сызбасы
55
2.2.3 Беттік-акустикалық толқындарды (БАТ) пайдалана отырып қысым
мен температураны түрлендіру
Келешекте механикалық шамаларды түрлендіретін жиілік тәсілдің бірі
БАТ қолдану тәсілі болып табылады. Ол энергияны шығындамай қашықтан
датчиктерден ақпарат алуға мүмкіндік береді. Бұл әсер жоғары жиілікті
ультродыбысты
толқындармен
басқарылатын
монокристаллды
пьезоэлектриктердің беттік аймақтарында жинақтауға негізделген [21, с. 53; 25,
c. 16]. Сонымен қатар БАТ түрлендірудің жақсы жақтарының бірі – шығыс
сигналының жиілік формасы, ол шығыс сигналдарын оңай өлшеуге және
сандық формаға келтіруге мүмкіндік береді.
Қысымды жиілікке БАТ түрлендірудің құрылымдық формуласы мен
сызбасы сәйкесінше (2.9) теңдеуінде және 2.5 суретінде келтірілген
Р
Х
x, t
o
Q
F
o
(
f
Px
+
f
t
o
),
(2.9)
мұндағы Р
Х
өлшенетін қысым,
x, t
o
– қысым мен температура әсерінен
пьезопленканың деформациялануы, Q
– жинақталатын заряд, F
o
– тірек жиілік,
f
Px
– қысым әсерінен жиіліктің ауытқуы,
f
t
o
– температура әсерінен
жиіліктің ауытқуы.
Сурет 2.5 - Қысымның БАТ- түрленуінің құрылымдық сызбасы
БАТ түрлендіру тәсіл болып табылғандықтан, онда шығыс шамалар жиілігі
немесе фазасы бойынша модулданатын жиілік сигнал болады. Онда мұндай
түрлендіру тәсілі жоғары уақытты және параметрлік тұрақтылығымен
ерекшеленеді. Бұдан өзге БАТ датчиктерде біруақытта жоғары дәлдікпен
(қателік 10
-6
%) қысым мен температураны жиілік өлшеуішпен өлшеу
мүмкіндігі бар.
Жалпы жағдайда МЭД БАТ шығыс сигналы температура мен өлшенетін
механикалық параметрден тәуелді болады (қысым немесе күш):
f(P,T) = n/
a
(P,T)
(2.10)
мұндағы f–БАТ жиілігі; n– тербеліс модына тәуелді тұрақты;
а
– дыбыс
өткізу ортасында БАТ кідіріс уақыты; Р және Т– қысым мен температураға
сәйкес.
Келтірілген тәуелсіздіктен көрінеді, БАТ – түрлендіру біруақытта қысым
мен температураны өлшеуді жай салыстырмалы орындайды. Мысал ретінде 2.6
Достарыңызбен бөлісу: |
