4.3. Тензорезистивные датчики

Для изменения усилий и деформаций в деталях  и конструкциях различных устройств применяются тензометрические или  тензорезистивные датчики. Тензоэффект – изменение активного сопротивления проводников при механической деформации материала. Величина тензоэффекта зависит от ориентации силы  и вида материала.

Тензочувствительность КТ - это отношение величины относительного изменения его сопротивления к относительному изменению линейного размера проволоки:

где R - сопротивление провода, l - начальная длина деформируемого участка провода,  - характеризует собой изменение геометрических размеров, μ - коэффициент Пуассона, - коэффициент изменения удельного сопротивления материала с изменением его геометрических размеров.

Типы тензорезистивных датчиков: проволочные, фольговые, пленочные и полупроводниковые (тензолиты).

Проволочные тензометрические датчики

Проволочные тензодатчики основаны на изменении сопротивления константановой проволоки диаметром 0,01 - 0,05 мм, сложенной в виде петлеобразной решетки между склеенными полосками тонкой бумаги. Сам датчик приклеивается к детали, деформацию которой нужно измерить. Изменение сопротивления датчика происходит при растяжении или сжатии, а также при изменении удельного сопротивления проволоки под влиянием механических напряжений. Для проволочных тензодатчиков выполненных из константановой проволоки m=2, R=2000 Ом, деформация не более 0,3%, база - 5-30 мм, максимальная температура 500°С. Фольговые тензодатчики изготавливаются из тонких полосок фольги толщиной 4-12 микрон, методом фототравления, и могут иметь произвольную форму решетки у, например розетку. Рабочий ток 200 мА, сопротивление R 30-250 Ом. У них  высокая теплоотдача и высокая восприимчивость к деформации.

Достоинства тензодатчиков: простота конструкции, отсутствие гистерезиса, безинерционность, стабильность.

Недостатки: малая чувствительность температурная погрешность.

Рис. 22. Проволочный тензометрический датчик: 1 - деталь, 2 - бумага, 3 - константановая проволока

Рис. 22. Проволочный тензометрический датчик: 1 - деталь, 2 - бумага, 3 - константановая  проволока

Полупроводниковые тензодатчики представляют собой пластины, различной формы, к которым присоединены металлические выводы и которые наклеены на поверхность детали. Они выполняются из тензолитных или кристаллических полупроводниковых материалов.

Достоинства: высокая тензочувствительность, компактность, малая погрешность (до 0,1%), быстродействие, большой срок службы.

Недостатки: ограниченный температурный диапазон без внешней компенсации, наличие гистерезиса, хрупкость.

Для компенсации нелинейности используют мостовую схему, в которой для термокомпенсации  используют в одном из плеч моста параллельный терморезистор с другим ТКС по знаку. Рис.23. Область применения тензодатчиков:  измерение сосредоточенных сил, моментов и т. д., измерение давлений, измерение ускорения. Особенно распространены датчики давления с термокомпенсацией, выполненные по технологии  «кремний на сапфире».

Рис.23. Мостовой тензорезистивный датчик: а) – схема, б) – характеристика

Рис. 23. Мостовой тензорезистивный датчик: а) – схема, б) – характеристика

Технические средства автоматизации и управления


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.