Rezystory Kompensacji

Teoria kompensacji, Wybór rezystora kompensacyjnego

W toku produkcji czujników tensometrycznych powinno przeprowadzić się kilka testów działania układów kompensacji. Robi się to w celu prawidłowego ustawienia wpływu temperatury otoczenia na zero. Poniżej przedstawione są metody kompensacji i sposób doboru odpowiedniego rezystora kompensacyjnego.

Wpływ temperatury  na kompensację czułości. /np. kompensacja odkształcenia/ zazwyczaj stosuje się rezystory RNF albo RBF. Gdy zmienia się temperatura otoczenia czujnika tensometrycznego, ma to bezpośredni wpływ na jego kształt a także na zmianę właściwości tensometru. Może to prowadzić do błędów pomiaru. Z tego powodu w układach o wymaganej dużej dokładności pomiarów stosuje się kompensację. Metoda jest następująca: podłączyć rezystor kompensacyjny do wejścia wzbudzenia tensometru. Podczas zmiany temperatury otoczenia rezystor kompensacyjny na którego wpływ zmiany temperatury będzie miał odwrotny efekt jak na tensometr. Dla obliczenia wartości rezystora, należy skorzystać ze wzoru:

Rm ≈[(S1-S2 ) * Rin ]/([1+∝c (T1-T2 )] * S1- S2 )

Rm oznacza wartość rezystora, S1 i s2 oznaczają czułość tensometru T1 i T2 temperatury /od do/.  Rin oznacza impedancję wejściową mostka dla temperatury T1. αc to współczynnik rezystancji temperaturowej rezystora kompensacyjnego. Ten współczynnik ma następujące wartości: rezystory serii RNF: 5.5 x 10?³/C, rezystory serii RBF: 4.3 x 10?³/C.

Wartość S obliczamy ze wzoru: : S=E0/V gdzie E0 napięcie wyjściowe z mostka a V to napięcie wzbudzenia przyłożone do mostka.

Upraszczając. Dla powierzchni stalowych używa się rezystorów RNF o wartości 20 Ω. Dla powierzchni aluminiowych stosuje się rezystory RNF o wartości 32 Ω. Mimo to warto najpierw obliczyć i sprawdzić poprawność działania układu ze względu na możliwość pojawienia się błędów pomiaru.

Kompensacja czułości. 

Zazwyczaj stosuje się rezystory RCF lub cienki drut oporowy z niższym niż czujnik wpływem temperatury otoczenia na jego rezystancję. W trakcie produkcji czujników a tekże w trakcie prowadzenia badań nieśiadomie możemy mieć do czynienia z różnicami w maeriale który badamy lub z którego wykonujemy czujnik. Efektem tego może być delikatnie większa niż zakładana czułość czujnika czy układu tensometrycznego. Celem skorygowania tego zjawiska w układ wzbudzenia mostka tensometrycznego dokłada się rezystor o mniejszym współczynniku temperaturowym niż istniejący układ tensometryczy. Będze on delikatnie obniżał napięcie wzbudzenia mostka. W ten sposób czułość układu zostanie skorygowana. Wartość rezystora można obliczyć z poniższego wzoru:

Rc ≈ ((S1-S2 ))/(S1 *R)

Rc to wartość rezystancji rezystora kompensacyjnego.  S1 oraz S2 to czułość układu przed I po kompensacji. R oznacza rezystancję mostka. 

Rezystancyjna kompensacja Zera. /Rezystancyjna korekcja wartości zera/

Zazwyczaj stosuje się rezystory serii RCF ale także lakierowany drut oporowy /zwijany/ o małym współczynniku temperaturowym. Włącza się go w jedne z ramion mostka tensometrycznego regulując tym samym wartość zero całego układu. Ta rezystancja włączana jest do mostka celem łatwiejszego powrotu elektroniki miernika wagowego do punktu stabilnego zera ale I także pozwala to na pozbycie się błędów pomiarów. Stosuje się do tego celu szlifowane, docinane lub dostosowywane co do długości rezystory kompensacyjne. W ten sposób zero czujnika może być  starannie I łatwo wyregulowane. Wartość rezystancji rezystorów szlifowanych regulować można starannym polerowaniem ich powieżchni, przecinane rezystory reguluje się poprzez wycinanie w wyznaczonych miejscach. Tak samo reguluje się rezystowy o regulowanej długości drucika oporowego. Rysunek przedstawia umieszczenie rezystorów w mostku. 

Rysunek 4: korekcja wartości zera rezystorem kompensacyjnym Ra

 Gdy tensometry R1 i R3 zarejestrują nacisk a R2 i R4 rozciągną się w taki sposób że będzie to miało wpływ na zmianę wartości zera to zakończenia rezystora Ra  a I b powinny mieć zwiększoną rezystancję celem skompensowania błędu. Należy wtedy odpowiednio obrobić powierzchnię rezystora Ra lub dostosować długość drucika rezystancyjnego. Intencją ma być osiągnięcie odpowiedniego balansu zera dla ramion mostka tensometrycznego. Należy tego dokonywać z należytą starannością dlatego że nie ma już możliwości powrotu do poprzedniej wartości rezystancji z np. Przed szlifowania. Należy wtedy regulować drugie ramie mostka czyli a I c. Należy też mieć na uwadze to że regulacja może być przeprowadzona tylko kila razy I potem należy wymienić rezystor z racji braku dalszej możliwości regulacji.

Temperaturowa kompensacja zera. /Temperaturowa korekcja wartości zera/ 

Zazwyczaj stosuje się do tego celu rezystory RNF lub zwijane lakierowane druciki oporowe z miedzi albo takie same druciki oporowe z niklu. Podłącza się je pomiędzy ramiona mostka tensometrycznego. Bez obciążenia wartość oporność I mostka powinna być bliska zera. W przypadku gdy temperaturę otoczenia mostka tensometrycznego zmieni się a wraz z nią zmieni się temperatura czujnika tensometrycznego zmieni się też sprężystość kleju, zmieni się sprężystość materiału czujnika, zmieni się także współczynnik tensometrów. Te czynniki będą miały wpływ na zmianę wartości zera układu tensometrycznego. Nawet automatyczna kompensacja temperaturowa tensometrów ani układ pełnego mostka może w tym wypadku nie wystarczyć. Dzieje się tak dlatego że poszczególne tensometry mogą mieć niewielkie różnice wartości współczynnika temperaturowego. Powoduje to oczywiście zmianę wartości zera I musi zostać skorygowane. Aby to zrobić należy wykonać następujące czynności: testować działanie czujnika w różnych temperaturach pracy, Dzięki temu będzie wiadomo jaka jest różnica współczynnika temperaturowego pomiędzy poszczególnymi tensometrami w mostku. Po tym badaniu można zastosować rezystor kompensacyjny. Jego wartość można obliczyć z poniższego wzoru :

Rt=| R (U2- U1 ) |/(| 250* αc * Uin (T2- T1 ) |)

Rt – wartość rezystora kompensacyjnego, R oznacza rezystancję mostka tensometrycznego, Uin napięcie wzbudzenia mostka tensometrycznego, αc współczynnik temperaturowy rezystora kompensacyjnego U1 and U2 oznaczają napięcie zera dla układu tensometrycznego, T1and T2 oznaczają temperaturę zera dla układu tensometrycznego stosujemy trzy typy rezystorów kompensacyjnych, szlifowane, wycinane I o regulowanej długości. Sposób regulacji I metody obróbki są identyczne jak w przypadku rezystancyjnej kompensacji zera. 

Rysunek 5: Rezystor kompensacji temperaturowej wartości zera Rt

Metoda regulacji rezystora jest identyczna jak w przypadku regulacji rezystora Ra I przebiega dokładnie tak samo dla rezystora  Rt. Należy pamiętać aby dokładnie badać I starannie regulować poprzez obróbkę powierzchni rezystorów ich wartość. Niestaranna regulacja będzie skutkowała koniecznością wymiany rezystora I przeprowadzeniem regulacji jeszcze raz.

R1 ~ R4 ------ Tensometry

Rt ------ Temperaturowy rezystor kompensacyjny zeta

Ra ------ rezystor kompensacyjny rezystancji dla wartości zera

Rm ------ Temperaturowy rezystor kompensacji modułu sprężystości

Rc ------ kompensator liniowości

V ------ Napięcie wzbudzenia mostka

E0 ------ Wyjście mostka tensometrycznego