 |
Тензометрические преобразователи
|
|
|
|
Чувствительным элементом тензорезистора (тензодатчика) является металлический проводник, наклеенный на массивную деталь, подвергающуюся механической деформации, и по изменению сопротивления тензорезистора в зависимости от приложенного усилия судят об измеряемом параметре.
На рисунке 9.1 показан проволочный тензодатчик, состоящий из проволоки диаметром 0,025-0,05 мм, уложенной в ряд петель длиной 5-25 и шириной 3-10 мм. Петли наклеивают на пленку или бумажную прокладку 2 и сверху заклеивают защитной бумажной полоской. Проволочный преобразователь наклеивают на поверхность 1, деформирующуюся под действием давления, таким образом, чтобы длина прямолинейной части петлевой обмотки, называемой базой, совпадала с основным направлением деформации. Деформация упругого элемента, испытывающего измеряемое усилие, вызывает соответствующее растяжение (сжатие) проволоки 3 тензорезистора. Сопротивление тензорезистора проводами 4 соединено с измерительной схемой. При растяжении или сжатии детали происходит удлинение (+Δl) или укорочение (–Δl) наклеенного на ее поверхность проводника, что приводит к изменению сопротивления тензорезистора.
Приращение электрического сопротивления:
ΔR/R = k(Δl/l),
где ΔR/R – относительное изменение сопротивления преобразователя;
Δl/l – относительная деформация преобразователя;
k – коэффициент тензочувствительности преобразователя.
Рисунок 9.1 – Схема тензодатчика
Так как механическое напряжение σ связано с модулем упругости E материала и относительной деформацией соотношением:
σ = E(Δl/l),
то уравнение преобразователя тензорезистора можно выразить:
|
|
|
ΔR/R = k(σ/E),
По найденному значению σ определяют геометрические размеры упругого элемента.
Коэффициент k характеризует чувствительность тензорезистора к деформации: чем он больше, тем выше чувствительность преобразователя к деформации.
В металлах значение относительной деформации Δl/l в пределах упругих деформаций не превышает 2,5∙10–3, что при значениях k = 0,5÷4 приводит к весьма малым изменениям значения∙ ΔR/R = (1.25-10)·10–3.
Таким образом, относительное изменение сопротивления преобразователей не превышает 1% при предельных напряжениях в металлах, в связи с чем сопротивление преобразователя не должно изменяться во времени или от влияния внешних факторов более чем на сотые доли процента. При столь малых рабочих изменениях сопротивления проволочного тензоэлемента особое значение имеет температурный коэффициент сопротивления проволоки.
Материалами тензорезисторов: сплавы: константан, манганин, нихром, хромель, имеющие малый температурный коэффициент сопротивления.
В практике находят применение проволочные, фольговые, пленочные металлические преобразователи, а также преобразователи из монокристаллов полупроводников кремния, германия, арсенида галлия и др.
Ценным свойством полупроводниковых преобразователей является большое значение коэффициента тензочувствительности k (-200)÷(+850) при очень малых базах (до 2,5 мм). Для наклейки тензорезисторов к деталям применяют специальные клеи.
Тензорезисторы являются преобразователями разового действия, так как они наклеиваются на деталь и не могут быть сняты без повреждения.
При измерении силовых параметров, в комплекте с тензопреобразователями используют мостовые схемы с дифференциальным включением преобразователей (рисунок 9.2), в которых один резистор (R1) испытывает растяжение, а второй (R2) на сжатие.
Рисунок 9.2 – Измерительная схема с тензорезисторными преобразователями
|
|
|
В этом случае исключается температурная погрешность и вдвое увеличивается чувствительность.
В связи с тем, что при деформации относительное изменение сопротивления преобразователей ΔR/R невелико, мощность на измерительной диагонали моста недостаточна.р Сигнал, снимаемый с диагонали моста, усиливается в усилителе У, проходит фазочувствительный демодулятор ФД и регистрируется выходным указателем Ук. Емкость С и сопротивление Rc служат для уравновешивания моста перед началом работы по реактивной составляющей в связи с наличием паразитных емкостей и индуктивностей между проводом тензорезистора и металлическим объектом, а сопротивление r0 – по активной. Для плавной регулировки моста необходимо, чтобы r0<<R0.
Простота конструкции и малые габариты позволяют использовать тензорезисторы в труднодоступных местах различных машин и механизмов.
|
|
|
