Для чего нужно сопротивление в датчиках

Принцип работы датчика сопротивления

Наибольшее распространение при испытаниях получили датчики омического сопротивления с мостовой измерительной схемой. Принцип работы датчика сопротивления основан на тензометрическом эффекте, который заключается в том, что металлическая проволока может изменять свое омическое сопротивление в зависимости от ее деформации при растягивающих или сжимающих нагрузках. Датчики изготовляют из тонкой константановой или ни-хромовой проволоки толщиной 0,02-0,08 мм, которую укладывают в виде петель одинаковой длины на полоску тонкой бумаги и приклеивают специальным клеем. Сверху на датчик также наклеивают полоску тонкой бумаги для предохранения его от повреждений (черт. № 88). Концы проволоки соединяются с проводами, которые подключаются к измерительной аппаратуре.

Кроме датчиков, изготовляемых на бумажной основе типа ПБ, для электротензометрических измерений используют проволочные датчики на пленочной основе типа ПП и датчики фольговые ФК

Фольговые датчики изготовляются трех видов — прямоугольные, розеточные и мембранные.

Прямоугольные датчики (ФКП) используются для измерений деформаций в заданном направлении вдоль главной оси.

Розеточные датчики (ФКР) используются в том случае, когда величина и направления главных деформаций неизвестны. Элементы розеток этих датчиков располагаются на одной подложке.

черт. № 88. Проволочный тензодатчик сопротивления:

1 — проволочная решетка; 2- бумажная основа; 3 — выводы из медной проволоки; 4 — верхняя предохранительная бумажная полоска; 5 — элемент конструкции

Мембранные датчики (ФКМ) используются для определения касательных и радиальных напряжений в упругих элементах испытуемых конструкций.

Датчики наклеиваются на поверхность исследуемой конструкции специальным водоустойчивым клеем (черт. № 89), затем к выводным концам, выполненным из медной проволоки, припаиваются, проводники, соединяющие датчики с измерительной аппаратурой.

Основной характеристикой датчиков является их чувствительность. Под чувствительностью датчика сопротивления понимают отношение относительного изменения омического сопротивления к относительной деформации проволоки на заданной длине датчика. Чувствительность датчика определяется по формуле.

черт. № 89. Схема расположения тензедатчиков при определении главных относительных деформаций

Датчики, выполненные из константановой проволоки, обладают чувствительностью 5 = 2,1 и используются в основном при испытаниях статической нагрузки, а датчики из нихромовой проволоки более чувствительны (5 = 3,5) и могут использоваться как при статических, так и при динамических испытаниях.

Основные характеристики датчиков сопротивления приведены в табл.19.

Для измерения деформаций при статических испытаниях конструкции пользуются схемой измерительных неуравновешенных и уравновешенных мостов, обладающих высокой чувствительностью и точностью регистрирующей аппаратуры.

Измерительная схема (черт. № 90) представляет собой четырех-плечевый мостик, в котором наклеенный датчик (активный датчик) составляет одно плечо, второе плечо составляет компенсационный датчик, который наклеивается на отдельный элемент, идентичный исследуемой конструкции и находящийся в идентичных температурных условиях; третье и четвертое плечи представляют собой переменные сопротивления., используемые для балансировки моста.

Замер величины изменения сопротивления активного датчика производится методом непосредственного отсчета при неуравновешенной схеме и методом нулевого отсчета при уравновешенной схеме моста.

черт. № 90. Схемы измерительных мостов: а -схема неуравновешенного моста; б — схема уравновешенного моста; активный датчик; компенсационный датчик; переменные сопротивления для балансировки моста; гальванометр; протарированный реохорд

Для измерения деформаций при циклических загружениях используются те же датчики, но измерительную аппаратуру собирают по более сложной схеме.

Измерение трещин. При испытании железобетонных конструкций необходимо внимательно следить за появлением трещин. Осмотр конструкции и замер появляющихся трещин производят с помощью лупы с увеличением в 2,5 раза либо с помощью отсчетного микроскопа МПБ-2, состоящего из цилиндрической трубки с объективом. Внутри трубки, между объективом и окуляром расположена шкала с ценой деления 0,1 мм, а 24-кратное увеличение микроскопа позволяет легко обнаружить края трещин и произвести их замер (черт. № 91).

Замерять трещины можно также с помощью щупа. Щуп представляет собой набор тонких стальных пластинок различной толщины, закрепленных на одной оси. На каждой пластинке стоит номер, который соответствует ее толщине. В набор входит от 8 до 16 пластин толщиной от 0,05 до 1 мм.

черт. № 91. Приборы для измерения трещин: а — отсчетный микроскоп МПБ-2; б — щуп; в — измерение ширины раскрытия трещины лупой; 1 — трещина; 2 — деления на шкале лупы

Замер трещин производится в первую очередь в зоне постоянного момента при сосредоточенной нагрузке и посередине третьей части конструкции при равномерно распределенной нагрузке. Замер трещин ведется после каждой ступени загружения, но не реже чем через ступень.

В Чехословакии для улавливания момента появления и фиксирования трещин шириной мм и более используют метод, основанный на применении токопроводящего лака, который наносится тонкими полосами на участки поверхности исследуемой бетонной конструкции. В каждой полосе через трансформатор подводится ток. В результате этого полоса нагревается и равномерно отдает тепло бетону и в окружающую среду. В местах появления трещин отдача тепла бетону прекращается, и из-за быстрого повышения температуры токопроводящая полоса перегорает.

Резкое повышение силы тока на амперметре фиксирует момент-перегорания полосы, а следовательно, и появления трещины.

При динамических испытаниях конструкций в электро-цепь токо-проводящих полос включают счетчик, регистрирующий количество циклов нагрузки, приложенной до момента перегорания токопроводящей полосы.

Для измерения трещин в Куйбышевском филиале института -Оргэнергострой разработан полупроводниковый щелемер-ППЩ-1. Прибор предназначается для наблюдения за раскрытием трещин в строительных швах и может быть использован при испытании опытных железобетонных конструкций.

Принцип работы прибора основан на замере индуктивности датчика при перемещении сердечника, находящегося внутри катушки индуктивности. Датчик прибора состоит из двух частей — корпуса с катушками индуктивности и сердечника. При бетонировании конструкции подвижные элементы датчика бетонируются в одной части, а стержень, соединенный с сердечником, — в другой части конструкции. При нагружении конструкции появление и раскрытие трещины вызывает перемещение сердечника в катушке и изменение ее индуктивности. Это изменение фиксируется на шкале измерительного прибора, которая отградуирована в долях миллиметра.

Источник

Все про резисторы

Свойства в теории и практике

Основное свойство этой радиодетали – это сопротивление. Измеряется в омах (Ом).

Разберем для начала понятие активного сопротивления. Оно так называется потому, что есть у всех материалов (даже у сверхпроводников, пусть и 0,00001 Ом). И именно оно является основным у резисторов.

Что говорит теория

В теории у резистора есть постоянное сопротивление, которое на зависит от внешних условий (температуры, давления, напряжения и т.п.).

График зависимости тока от напряжения прямолинеен.

В идеальных и математических условиях у резистора только активное сопротивление. По типам бывают нелинейные и линейные резисторы.

Что на самом деле

На самом у всех резисторов непрямолинейная зависимость тока от напряжения. То есть, его сопротивление тоже зависит от внешних условий, конкретно от температуры.

Конечно, эта зависимость не такая, как у полупроводников, но она есть. И самое главное, у этой радиодетали есть емкость и индуктивность. Помимо активного сопротивления, есть еще и реактивное.

Реактивное сопротивление отличается от активного тем, что оно по разному пропускает электрический ток на разных частотах.

Например, для постоянного тока сопротивление 200 Ом, а если есть высокие значения индуктивности, то на частотах выше 2 кГц, сопротивление будет уже 250 Ом.

Именно поэтому резисторы делаются из разных материалов. Они бывают керамическими, углеродными, проволочными и у них разные допуски и погрешности. SMD деталь обладает меньшей емкостью и индуктивностью, чем DIP.

Еще существует специальные типы резисторов с более выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Если у обычных резисторов вольт-амперный график чуть-чуть не линейный, то у такого типа деталей он лавинообразный.

У них сопротивление резко зависит от внешних условий, не так. как у обычных:

• Терморезистор. Повышает или понижает сопротивление из-за влияния температуры;
• Варистор. Изменяет свои свойства в зависимости от приложенного напряжения;
• Фоторезистор. Уменьшается сопротивление, если на него действует свет;
• Тензорезистор. При деформировании (сжатии, механических воздействиях) изменяет свое сопротивление.

Кроме того, еще одна особенность активного сопротивления – выделение тепла, когда проходит электрический ток. Когда протекает электрический ток замкнутой цепи, электроны ударяются об атомы. И поэтому выделяется тепло. Тепло измеряется в мощности. Она рассчитывается исходя из напряжения и тока.

Одна из популярных функций резисторов это снижение напряжения и ограничения тока. Например, если через резистор проходит ток 0,25 А и на нем есть падение напряжения 1 В, то мощность, которая будет на нем рассеиваться это 0,25 Вт.

И из-за этого и существуют резисторы с разной рассеиваемой мощностью. Нельзя ставить резистор 0,125 Вт на место 1 Вт. Он начнет греться, трескаться, чернеть. А потом и сгорит. Потому, что не рассчитан на такую мощность.

Обозначения на схемах

На схемах в Европе и СНГ обознается прямоугольником и латинской букой R. Согласно ГОСТу, на отечественных схемах не указывается номинал сопротивления, а только номер детали (R). Однако, если под изображением детали указано число, например 120, оно по умолчанию читается как 120 Ом.

Типы включения и примеры использования

Основные типы включения это последовательные и параллельные соединения.

Последовательно сопротивление рассчитывается просто. Достаточно все сложить.

При последовательном соединении напряжение распределяется по резисторам согласно их сопротивлениям.

Это второе правило Кирхгофа. Например, напряжение 12 В, а пара резисторов по 1 кОм.

Соответственно, на каждом из них по 6 В. Это простой пример делителя напряжения. Здесь пара деталей делит напряжение, и благодаря этому можно получить необходимое напряжение.

Однако, если вы хотите использовать делитель напряжения для питания цепи, то должны помнить, что нужно согласовать сопротивления. В этой схеме сопротивление 1 кОм. Если вы подключите к ней нагрузку меньше этого сопротивления, то она не получит напряжения на свои выводы в полном объеме. Поэтому, все схемы с делителями напряжения должны быть рассчитаны и согласованы друг с другом.

Здесь R1 и R2 образуют делитель напряжения, они выполняют роль делителя напряжения. Между этими двумя резисторами и базой транзистором протекает ток, который открывает транзистор.

Это необходимо для того, чтобы он работал без искажений.

Параллельное включение

При параллельном соединении радиодеталей, общее сопротивление цепи снижается. Если два резистора по 1 кОм соединены параллельно, то общее будет равно меньше 0,5 кОм, т.е. сопротивление цепи (эквивалентное) равно половине самого наименьшего.

В таком соединении наблюдается первое правило Кирхгофа. В точку соединения направляется ток в 1 А, а в узле он расходится на два направления по 0,5 А.

Формулы расчета

Для двух резисторов:

Для более:

Для тока параллельное соединение — это как вторая дорога или обходной путь. Еще такой тип соединения называют шунтированием. В качестве примера можно привести амперметр. Чтобы увеличить его шкалу показаний, достаточно подключить параллельно резистору еще один шунтирующий.

Его сопротивление рассчитывается по формуле:

Эквивалентное соединение

В схеме усилителя к эмиттеру транзистора VT1 подключена пара из резистора R3 и конденсатора C2.

В этом случае VT1 и R3 подключены последовательно друг к другу. Зачем это надо? Когда усилитель работает, транзистор начинает нагреваться и его сопротивление снижается. R3, как и в случае со светодиодом, не позволяет транзистору перегреваться. Он балансирует общее сопротивление, чтобы транзистор не вносил искажения в сигнал. Это называется режим термостабилизации.

А конденсатор C2 подключен к R3 параллельно. И это нужно для того, чтобы при нормальном режиме работы усилителя, переменный сигнал прошел без потерь. Так работает параллельный фильтр.

Фильтры и резисторы

С помощью резисторов и конденсаторов можно делать фильтры. Так называются RC фильтры.

Эта пара может разделять сигнал на постоянные и переменные составляющие.

В качестве примера рассмотрим ФНЧ и ФВЧ.

В схеме фильтра низких частот конденсатор C1 забирает на себя высокочастотные токи. Его сопротивление для них намного меньше, чем у нагрузки. Он шунтирует нагрузку. Таким образом, можно получить низкую частоту, отделив от нее все высокие составляющие.
В фильтре высоких частот наоборот. Высокие частоты свободно проходят через C1, и если в сигнале есть низкочастотные, то они пойдут через R1.

Такие фильтры бывают разные по конструкции. П образные, Г образные и т.п. Конкуренцию резистору может составить катушка индуктивности или дроссель. У них меньше активное сопротивление, но реактивное больше. Благодаря этому снижаются потери от активного сопротивления.

Источник