Преобразователь ускорения движущегося по рельсам поезда

 

 

Рисунок 5.3.3 – График зависимости изменения напряжения от давления

Рисунок 5.3.4 – График зависимости изменения силы от давления

Рисунок 5.3.5 – График зависимости изменения ускорения от силы

 

 

 

Расчет  погрешности преобразователя

При изменении  температуры изменяется начальное  сопротивление тензорезистора и коэффициент тензочувствительности. Таким образом, для тензорезисторов характерна температурная погрешность нуля и температурная погрешность чувствительности. Изменение начального сопротивления наклеенного тензорезистора определяется двумя факторами: изменением удельного сопротивления материала (ρ) под действием дополнительного механического напряжения, появляющегося в тензорезисторе, если коэффициенты линейного расширения детали и тензорезистора не равны. Величина «кажущейся» деформации при воздействии температуры определяется формулой:

∆δ_θ=[α_θ/К_т+(β_д-β_т)]*θ, (5.3.21)

где α_θ – температурный коэффициент сопротивления (ТКС);

 β_д и β_т – коэффициенты линейного расширения (КЛР) материалов детали и тензорезисторов.

 

Таблица 5.3.3 – Характеристика тензочувствительного материала

Материал	К (коэф. тензочувствительности)	удельное сопротивление ρ, мкОм*м	ТКС αθ, 10-6 К-1	КЛР βθ, 10-6 К-1	ТКЧ γθ, 10-6 К-1	Тем. диапазон 0С	Критич. Температура 0С	Примечание
Константан	1.98	0.46	±50	14…17	-30	-270-260	315	для измерения при высоких температурах

 

Подставив значения из таблицы 5.3.2 в расчетную формулу (5.3.21), получаем, что величина кажущейся деформации в диапазоне 20-100⁰С не превышает ∆δ_θ≈16*10^-6 К^-1, что приводит к температурной погрешности нуля γ_θ=0.016 К^-1.

Ползучесть  тензорезисторов по ГОСТ 20420-75 [12] определяется как изменение выходного сигнала тензорезистора во времени при фиксированном значении деформации, вызвавшей этот сигнал, и при фиксированных значениях влияющих величин с учетом поправки на дрейф выходного сигнала:

δ_П=(ζ_(ε)- ζ_0(ε))/ζ_0(ε), (5.3.22)

где ζ_0(ε) – выходной сигнал сразу после нагружения до деформации ε;

  ζ_(ε) – выходной сигнал нагруженного тензорезистора после выдержки времени.

, (5.3.23)

где  δ_е – установившееся значение ползучести;

α₁ и α₂ – постоянные времени релаксации.

Для выбранного тезорезистора 1-Пн значения δ_е=0.33%; α₁=4.3*10³ с; α₂= 1*10⁹ с.

Подставив значения в формулу (5.2.23), она примет вид:

, (5.3.24)

где τ  – время воздействия постоянной деформации.

δ_П=1%.

, (5.3.25)

δ_к – погрешность тензочувствительности;

К_рас – расчетное значение чувствительности.

К_рас для выбранного тензорезистора 1-Пн равен 2,02.

Подставляя  значения в формулу (2.2.25) получаем:

δ_к=2%.

Суммарная погрешность будет иметь вид:

 (5.3.26)

 

 

 

4. Технология наклеивания тензорезисторов.

 

 

Физико-механические свойства связывающих веществ, применяемых для жесткого неразъемного соединения тензорезисторов с поверхностью мембраны в значительной степени делают основные параметры датчика — стабильность и величину дрейфа ползучести. Применяют различные марки клеев и цементов для соединения тензорезисторов с упругими элементами. Минимальную ползучесть (1,5-3%) из отечественных материалов дают клеи БФ-2 и ВЛ-931 (ВЛ-7). Технология наклейки тензорезисторов должна  включать следующие операции.

 Приготовление рабочей поверхности.

1. Поверхность упругого элемента, на которую наклеивают тензорезистор, должна иметь шероховатость, соответствующую не менее чем 8-му классу.

2. Места приклейки должны быть  обезжирены четыреххлористым углеродом и промыты спиртом.

Наклейка тензорезисторов клеем БФ-2 по рекомендациям НИКИМПа.

а) Наносят подслой жидкого клея колонковой кисточкой на поверхность упругого элемента (размер дорожки клея должен превышать ширину и длину тензорезистора не менее чем на 1 мм) и выдерживают на воздухе 2 ч, затем производят нагрев до 120°С в течение 2 ч (скорость нарастания температуры 1°С в минуту), выдержку в течение 2 ч при 120°С, охлаждение в термостате до 50°С.

б) Наносят второй слой клея так же, как в пункте (а). Толщина двух слоев должна составлять 0,02—0,003 мм.

в) Наносят слой разбавленного клея на приклеиваемую поверхность тензорезистора, выдерживают 2 ч на воздухе.

г) Подслой на упругом элементе ориентируют спиртовым батистовым тампоном, накладывают тензорезистор и выдерживают в течение суток.

д) Производят нагрев до 150°С с прижимом в течение 2 ч и охлаждение в термостате. Прижимание осуществляют через тонкую полиэтиленовую пленку, слой бумаги (писчей и ватмана), слой фетра (толщина 2—3 мм) равномерно распределяемым давлением 1 Н В 1 мм² площади тензорезистора.

е) Затем производят нагрев до 180°С без прижима в течение 2 ч с выдержкой 3,5 ч и охлаждение в термостате.

Сопротивление изоляции наклеенного тензорезистора должно быть не менее 1 МОм.

Один из заводов рекомендует следующие режимы полимеризации:

Клей БФ-2, 2 ч — 20±5°С; 1 ч-60±10°С; 2ч— 120±10°С; 2 ч-В0±5^оС,

Клей ВЛ-931(ВЛ7), 1 ч — 20±5°С; 1 ч—70±10°С; 2 ч — 140±10°С; 2 ч.— 180±5°С.

Применяемая в ОКБ БИМК ЛЭТИ технология наклеивания тензорезисторов клеем БФ-2 в основном совпадает с технологией НИКИМПа.

Однако при наклеивании тензорезисторов  с базой 2 мм прижим не производят, а тензорезистор «втирают» после покрытия клеем БФ-2 в подслой с последующей выдержкой на воздухе в течение суток, затем производят окончательную полимеризацию слоя клея (до вишневого цвета).

Наклеенные тензорезисторы необходимо защитить влагоустойчивым покрытием. Хорошо себя зарекомендовала мастика, состоящая из 100 в. ч. светлой канифоли, 40 в. ч. пчелиного воска, 50 в. ч. бензоупорной смазки.

Мастику наносят кисточкой на разогретые до температуры 100-120°С тензорезисторы и упругие элементы. Максимальная рабочая температура мастики составляет 40°С.

Заключение

 

 

В данном курсовом проекте был разработан тензорезистивный преобразователь для измерения ускорения движущегося по рельсам поезда. Данный вид преобразователей отличается относительно высокой чувствительностью, точностью, надежностью в работе и выходными характеристиками, близкими к линейным. Результаты проектирования датчика соответствуют требованиям, представленным в задании на курсовую работу и являются выполненными с точки зрения технического задания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Ногачева, Т. И. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Физические основы получения информации» для специальности 200101 «Приборостроение» [Текст] / Т. И. Ногачева - Орел: ОрелГТУ, 2006. - 18 с.

2. Википедия.  Электронный ресурс. Режим доступа http://ru.wikipedia.org.

3. Агейкин Д. И., Костина Е. Н., Кузнецова Н. Н., Датчики контроля и регулирования, 2 изд., М., 1965.

4. Левшина, E. С. Электрические измерения физических величин: учебное пособие для вузов [Текст] / Е. С. Левшина, П. В. Новицкий, - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-е, 1983 - 320 с., ил.

5. Атамалян, Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин [Текст]: Учеб. пособие / Э. Г. Атамалян. - М.: Высш. школа, 1982. - 223 с., ил.

6. Туричин, А. М. и др. Электрические измерения неэлектрических величин. [Текст] / А. М. Туричин, П. В. Новицкий, Е. С. Левшина, - изд. 5-е, перераб. и доп. — Л., «Энергия», 1975. — 576 с., ил.

7. Чурабо, Д. Д. Детали и узлы приборов. Конструирование и расчет. Справочное пособие [Текст] / Д. Д. Чурабо, изд. 4-е, перераб. и доп.- М.: «Машиностроение», 1975. - 559 с., ил.

8. Патент 2289821 С2 Пьезоэлектрический датчик [Текст] / Воронов А. М., Степанов В.А.; патентообладатель ФГУП РФЯЦ - ВНИИЭФ; Бюл.— 20.12.2006 - №35.

9. Андреева  Л. Е., Упругие элементы приборов. – 2-е изд., перераб. И доп.  – М.: Машиностроение, 1981. – 392 с., ил.

10. Боднер  В. А., Алферов А. В., Измерительные  приборы: Учебник для вузов:  В 2 т. – М.: ИЗд-во стандартов, 1986.

11. ГОСТ 10994 – 74 Сплавы прецизионные.

12. ГОСТ 20420 – 75 Тензорезисторы. Термины  и определение. 

    13.Клокова Н.П., Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки.- М.: Машиностроение, 1990.-224 с.: ил.

  14. Справочник конструктора точного приборостроения/ Г.А. Веркович, Е.Н. Головенкин, В.А. Голубков и др.; Под общ. ред. К.Н. Явленского, Б.П Тимофеева, Е.Е. Чаадаевой.- Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989.-792 с.: ил.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ  А