1.4.2.2. Устройство тензорезисторов

Наиболее простым и распространенным преобразователем для измерения линейных деформаций деталей машин и элементов конструкций является датчик омического сопротивления (тензорезистор). Принцип работы тензорезистора основан на изменении омического сопротивления петлевой решетки при ее растяжении или сжатии. Чувствительный элемент тензорезисторов – петлевая решетка 1 может быть выполнена из тонкой проволоки, фольги или пластинки полупроводникового материала (рис. 1.9). Материал проволоки петлевой решетки: константан или нихром, диаметр 0,01÷0,03 мм.

Длина петлевой решетки называется базой ℓ, которая составляет 3÷30 мм. Решетка тензорезистора наклеивается на тонкую бумагу или пленку и накрывается и проклеивается бумагой или пленкой 2. Концы петлевой решетки припаиваются к выводам из медной проволоки 3 диаметром 0,12÷0,15 мм.

Рис. 1.9. Проволочный тензорезистор:

1 – петлевая решетка; 2 – бумажная или пленочная основа; 3 – выводные концы

Фольговые тензорезисторы изготавливаются из константановой фольги толщиной 5-10 мкм. Основой фольговых тензорезисторов является пленка из синтетической смолы или бумага.

Фольговые тензорезисторы по сравнению с проволочными имеют лучшие технические характеристики за счет прямоугольного сечения проводника и меньшей чувствительности в поперечном направлении.

Для исследования деформаций тензорезистор наклеивается на деталь специальным клеем (БФ-2, БФ-4, 192-Т, эпоксидным и др.) и деформируется вместе с деталью.

Сопротивление проволочного тензорезистора зависит от длины проволоки, площади поперечного сечения и удельного сопротивления материала проволоки. В процессе деформации тензорезистора изменяются все три указанные величины. Сопротивление тензорезистора составляет 50÷400 Ом в зависимости от типа, марки и базы. Наиболее часто используются тензорезисторы базой 10-20 мм и сопротивлением 100-200 Ом.

Относительное изменение сопротивления тензорезистора в области упругих деформаций пропорционально его деформации и выражается зависимостью

, (1.1)

где ΔR/R – относительное изменение сопротивления тензорезистора;

ε, ε^/ - деформации вдоль и поперек оси тензорезистора;

γ, δ – коэффициенты продольной и поперечной чувствительности.

Для проволочных тензорезисторов базой более 5 мм коэффициент поперечной тензочувствительности δ мал и им можно пренебречь

. (1.2)

Зная коэффициент продольной тензочувствительности по изменению сопротивления рабочего датчика можно определить относительную продольную деформацию

. (1.3)

По величине изменения омического сопротивления при линейной деформации можно определить нормальное напряжение

. (1.4)

Коэффициент тензочувствительности тензорезисторов из константановой проволоки составляет γ=1,8÷2,2.