Полупроводниковые тензорезисторы

013

Их чувствительный элемент изготовлен из монокристалла кремния, К-фактор таких тензорезисторов - может достигать 90 - 200. Это делает их подходящими для измерения микро деформаций и для производства высокочувствительных датчиков. Возможна их работа без дополнительного усилителя. Однако эти тензорезисторы в значительной степени подвержены влиянию температуры, а также не обладают достаточной линейностью. Соответственно, область их применения ограничена.

В качестве материала для тензорезисторов используют:

Недостатком использования тензорезисторов является необходимость компенсации таких вредных факторов, влияющих на точность измерения, как влияние температуры, влажности, ползучесть упругого элемента, ползучесть клеевого слоя.

Все это вызывает нелинейность выходного сигнала, температурный уход ноля, температурный уход чувствительности, изменение модуля Юнга упругого элемента от температуры ит.д.

(5)

, ,

В таблице ниже приведены модуль Юнга и предел прочности для некоторых материалов.

Величина деформации выражается в виде, 485 10^-6деформации или

485μ­ (микрострейнах).

Практически для компенсации вредных влияний используют подключение тензорезисторов с помощью моста Уитсона.

015

Рис. 010 2л. Мост Уитстона

Обозначим начальное сопротивление тензорезистора как R, а относительное изменение сопротивления тензорезистора, вызванное напряжением на поверхности при деформации >, обозначим как R.

Тогда можно записать:

016

где Ks – К-фактор тензорезистора, то есть коэффициент чувствительности тензорезистора. Как правило, он приблизительно равен 2 для тензорезисторов общего применения.

Как видно из формулы, относительное изменение сопротивления датчика вызванное деформацией в материале очень мало.

Например, при R = 120 Ом и деформации = 1000 10 ^-6, R будет равно всего

Ома.

Это небольшое изменение сопротивления должно быть преобразовано в электрический сигнал с помощью моста Уинстона.

017

Если в плечи моста (рис. 6.20 а) установить четыре тензорезистора с сопротивлениями R ₁, R ₂, R ₃и R ₄то при изменении сопротивления R ₁ на величину R (за счет деформации датчика) напряжение в измерительной диагонали может быть рассчитано по второму закону Кирхгофа. ( Густав Кирхгоф немецкий физик XIX столетия).

При одинаковых R всех датчиков 017

где U ₀ — напряжение, подаваемое на мост.

Небольшой выходной сигнал был главным неудобством при тензометрических измерениях. В настоящее время это больше не является проблемой в большинстве случаев, благодаря высокой стабильности и точности современных тензометрических усилителей.

Для компенсации вредных влияний в схемах используют специальные компенсационные резисторы. Смысл компенсации заключается в том, чтобы в исходном состоянии напряжение на выходе моста равнялось нулю.

Фольговый датчик с компенсационной петлей:

018 с кп

1 - решетка датчика; 2 - платиновая компенсационная петля; 3 - выводы; S - база датчика

Зависимость сопротивления тензорезисторов от температуры определяется температурными коэффициентами удлинения материала детали и материала решетки датчика, а также температурным коэффициентом сопротивления материала решетки датчика и его тензочувствительностью.

При измерениях деформаций в условиях изменяющейся температуры должны вводиться поправки на температуру или применяться схемная компенсация.
Автоматическое введение поправок на температуру может быть получено при введении в конструкцию датчика дополнительных петель из проволоки, имеющей обратный (по знаку) температурный коэффициент, включаемых последовательно с тензорезистором, или петель из проволоки с высоким температурным коэффициентом, включаемых в смежное плечо моста.

0 18-020

Рис. 7 Компенсационная мостовая схема преобразователей

R ₁ ~ R ₄ -------- Тензорезисторы

Rt ------------- Термочувствительные компенсационные резисторы для регулировки температурного ноля

R a ------------- Компенсационные резисторы для регулировки начального разбаланса ноля

Rm ------------- Термочувствительные компенсационные резисторы для регулировки температурной чувствительности (или резисторы для компенсации модуля упругости)

R_С ------------- Компенсационные резисторы для регулировки чувствительности

V ------------- Напряжение возбуждения

E o ------------- Выход моста (или выходной сигнал)

Для разработки надежных систем диагностирования состояния инструмента и процесса обработки металла используют различные конструкции силоизмерительных устройств.

Поиск по сайту: