Тензочувствительные преобразователи (тензосопротивления)

В основу работы тензосопротивлений положен тензоэффект, заклю-

чающийся в изменении активного сопротивления проводника (полу-

проводника) под действием вызываемого в нем механического напря-

жения и деформации. Существуют проволочные, фольговые и пленоч-

ные тензосопротивления.

Конструкция проволочного тензосопротивления представлена на

рис. 2.3. На полоску тонкой и прочной бумаги 1 наклеивают уложенную

зигзагообразно тонкую (0,02-0,05 мм) константановую, нихромовую

или другую высокоомную проволоку 2. К ее концам припаивают выво-

ды 3 из полосок фольги, которые используются для включения преоб-

разователя в измерительную цепь. Сверху проволоки наклеивают бума-

гу. Проволочный преобразователь с помощью специального клея на-

клеивается на испытываемую деталь. При деформации поверхностного

слоя детали преобразователь тоже деформируется и изменяет свое сопро-

тивление. Измерительной базой преобразователя является расстояние l.

Промышленностью выпускаются тензосопротивления с l=0,5 ÷ 150 мм и

сопротивлением r=50 ÷ 500 Ом. Отношение l/h равно 0,5.

Рис. 2.3. Тензочувствительный проволочный преобразователь

Основной характеристикой применяемых в тензосопротивляемых

материалах является тензочувствительность.

где R и l – соответственно сопротивление и длина тензочувствитель-

ного элемента.

Тензочувствительность может быть представлена в виде слагаемых S и S1:

где μ – коэффициент Пуассона для металлов μ =0,2-0,4;

S1 – параметр, характеризующий изменение геометрических размеров;

S2 – параметр, характеризующий изменение электрических свойств мате-

риала при деформациях.

Основным требованием к материалу тензосопротивлений является

возможно большее значение S. В настоящее время широко применяются

фольговые и пленочные тензосопротивления.

Фольговые преобразователи изготавливаются из фольги толщиной

4-12 мкм, на которой часть металла выбирается травлением, а оставшаяся

часть образует решетку в виде готового тензосопротивления (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Фольговые преобразователи: а – для измерений линейных деформаций; б – на-

клеиваемый на мембрану для измерения давления: 1 – подгонные петли; 2 – вит-

ки, чувствительные к усилиям, растягивающим мембрану; 3 – витки, чувстви-

тельные к сжимающим усилиям; в – наклеиваемый на мембрану для измерения

крутящих моментов.

Пленочные тензосопротивления изготавливаются путем возгонки в

вакууме тензочувствительного материала и осаждения его затем на под-

ложку определенной конфигурации.

Тензопреобразователи включаются в цепь делителя напряжения или

мостовую цепь. Погрешность приборов с тензопреобразователями зави-

сит от способа градуировки. При сравнительной градуировке погреш-

ность преобразователя достигает 1,5%, а с учетом всех погрешностей

(цепи, приборов и так далее) – 10-15%. При непосредственной градуи-

ровке и при возможности установки нуля перед каждым измерением по-

грешность может быть снижена до 0,2-0,5%.

Тензосопротивления используются в приборах для измерения деформа-

ций неэлектрических величин: усилия, давления, моментов и так далее. Для

примера рассмотрим устройство прибора для измерения давления (мано-

метр) с использованием проволочных тензосопротивлений (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Манометр с тензометрическим преобразователем

Схема состоит из измерительного преобразователя – стального ци-

линдра с наклеенными тензосопротивлениями Rp и Rk, включенными в

мостовую схему усилителя с миллиамперметром на выходе.

Зависимость деформации и поверхности цилиндра ε₁ от давления

можно определить по формуле

где Рx – измеряемое давление;

r, h – радиус и толщина стенок цилиндра;

Е – модуль упругости стали.

Деформация ε₁ воспринимается рабочим тензосопротивлением Rp.

Компенсационное тензосопротивление Rk, наклеенное вдоль образующей

цилиндра, служит для температурной компенсации.

При постоянстве напряжения U, питающего мост, сигнал на выходе

моста Δ U пропорционален измеряемому давлению. Диапазон измеряе-

мых давлений 5⋅104÷107 Па, приведенная погрешность ±1,5%.

Поиск по сайту: