Разработка методики и средств измерения давления под движителями сельскохозяйственной техники

• Автор: Кузнецова, Елизавета Петровна
• Шифр специальности: 05.20.01, 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 276 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ТШЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ В ПОЧВЕ

1.1. Основные требования к конструкции и параметрам тензометрических датчиков и специфика их использования для измерения в почве .
1.2. Анализ тензометрическсго метода преобразования механического напряжения в электрический сигнал
1.3. Современное состояние техники измерения давления в почве. Первый образец полупроводникового почвенного тензометра .
1.4. Оценка тензометрической чувствительности перспективных полупроводниковых материалов .

Выводы к главе I .

ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ТЕНРЕЗИСТОРАМИ

2.1. Устройство и принцип действия датчика давления

2.2. Определение параметров первичного преобразователя давления мембраны, выполненной за одно целое с корпусом.
а Общие требования к упругим элементам первичным преобразователям давления
б Расчет прогибов, напряжений и деформаций в мембране, изготовленной за одно целое с корпусом,в области малых и больших прогибов .
Стр.
2.3. Свойства полупроводникового чувствительного элемента, технология его изготовления, его параметры
а Технология изготовления полупроводниковых тензорезисторов .
б Основные характеристики полупроводниковых тензорезисторов .
2.4. Чувствительность датчика давления с полупроводниковыми тензорезисторами при мостовой
схеме включения их
а Расчет чувствительности датчика
б Оценка максимальной нелинейности измерительной схемы датчика .
в Зависимость чувствительности датчика от
температуры
ШАМ 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ
3.1. Исследование характеристик датчика давления
а Исследование статической характеристики
б Влияние изменения напряжения питания на чувствительность датчика давления
в Экспериментальное исследование температурного дрейфа нуля
г Определение температурной зависимости коэффициента тензочувствительности приклеенных кремниевых тензорезисторов
д Исследование стабильности датчика давления
е Расчет собственной частоты датчика .
ж Исследование чувствительности датчика к боковому давлению
з Основные параметры датчика давления.
3.2. Погрешность измерения
а Систематические и случайные погрешности измерения
б Расчет допустимого разброса температурных коэффициентов сопротивления тензорезисторов, исходя
из заданной погрешности измерения
в Оценка разброса эксплуатационных характеристик полупроводниковых датчиков давления при их изготовлении опытными партиями
Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МНОГОТОЧЕЧНОЙ ПОЛЕВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ДАТЧИКАМИ ДАВЛЕНИЯ
4.1. Электрическая схема и техническое исполнение многоточечной полевой измерительной установки
с полупроводниковыми датчиками давления
4.2. Физическая сущность измерения напряжений в грунте и влияние способа укладки датчиков на точность измерения
4.3. Некоторые варианты разработанных конструкций полупроводниковых датчиков давления повышенной чувствительности для измерения давления в почве
Стр.
Биводы к главе 4
ГЛАВА 5. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПОД ДВИЖИТЕЛЯМИ СЕЛЬХОЗТЕХНИКИ
5.1. Влияние давления, создаваемого движителями мобильной сельхозтехники, на уплотнение почвы и урожайность сельскохозяйственных культур
5.2. Методика экспериментального исследования напряжения в почве под движителями сельскохозяйственной техники.
5.3. Результаты экспериментального исследования расцределения давления под движителями сельскохозяйственной техники
ВЫвсды к главе 5 .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА


Деформативные свойства среды характеризуются модулем деформации, представляющим собой предел отношения приращения давления Р к приращению относительной деформации Л , когда А О
I. I.2
где коэффициент, зависящий от режима испытаний. При свободном сжатии образца среды, При сжатии образца среды в условиях невозможности бокового расширения при 0,3 0,4 0, 0,, т. Модуль деформации грунтов в отличие от упругих сред не является величиной постоянной. Деформируемость грунтов зависит от скорости их нагружения . При расчтах датчиков давления достаточно вместо абсолютно точного значения модуля деформации знание лишь пределов его изменения. Средние значения модуля деформации для
различных грунтов колеблются в больших пределах. Для гравелистых и песчаных грунтов,в зависимости от их начальной пористости, модуль деформации Ес монет иметь значение от 5 до 0 Ша, в суглинках значение модуля деформации Ес колеблется от 5 до МПа, в глинах от 5 до МПа . Для различных почв модуль деформации такие различен 3, , . По данным учных ЛСХИ для СевероЗападного района РСФСР верхнее значение модуля деформации почвы суглинок тяжелый пылеватопесчаный равно 7,0 8,0 МПа . Датчик, помещенный в грунт или почву,тем меньше искажает истинную картину исследуемого напряженного состояния, чем меньше его упругие характеристики отличаются от упругих характеристик замещнного им объема грунта почвы. Следовательно, казалось бы необходимо создавать датчики, близкие по своей жсткости к упругим характеристикам среды. Такие датчики разработаны, описание их встречается в литературе , , 5, 6. К недостаткам этих датчиков давления следует отнести узкую область возможного применения, поскольку они могут быть использованы в средах, модуль деформации которых меняется в процессе эксперимента не белее, чем в два раза. Модуль же деформации грунтов и почв в процессе опытов может изменяться во много раз. Поэтому применение упомянутых выше датчиков давления для исследования в грунтах и почвах недопустимо ввиду огромных погрешностей измерения, так как невозможно создать датчик, упругие свойства которого в процессе эксперимента изменялись бы в таких широких пределах, как упругие свойства почв. На основе анализа теоретических зависимостей и экспериментальных данных , 7, 0 был намечен другой путь в конструировании датчиков давления, относительно свободных от погрешностей измерения. Общее представление о характере зависимости величины относительной погрешности от отношения модулей деформации грунта и датчика давления и от размеров датчика можно получить из графика, построенного на основании теоретической формулы, выведенной в работе . На графике рис. Рис. Тогда датчик давления будет иметь постоянную погрешность, которую можно учесть при тарировке. Кроме того, отношение высоты датчика к его диаметру не должно превышать значения 0,,2. Выводы, сделанные на основании теоретических решений, получили подтверждение и экспериментально , 7. Таким образом, если датчик давления предназначается для исследования напряжнного состояния среды, свойства которой в процессе механического воздействия на не в значительной мере изменяются, то он должен обладать достаточно высокой жсткостью и отношение его высоты к диаметру должно быть О,,2. Принцип действия тензометров сопротивления заключается в том, что при растяжении или сжатии электрического проводника изменяется его омическое сопротивление . Изменение активного сопротивления проводника при деформации вызывается изменением его геометрических размеров длины и площади поперечного сечения и физических свойств изменение величины удельного сопротивления. Продифференцируем выражение для . Е ф 2 1. Подставим в формулу Л выражение через радиус . Лу 1. Подставим формулу 1. Первое слагаемое формулы 1. Щ х. За тензочувствительность Ж проволочных тензометров сопротивления принято считать величину 2 , которая определяется путм тарировки тензометра в линейно напряженном состоянии, т. Тензоэффект в полупроводниковых тензорезисторах определяется большим изменением удельного сопротивления от деформации, и его в основном определяет первый член формулы 1. Не внося существенной ошибки для полупроводниковых тензорезисторов, можно записать .