2.3 Тензорезисторні давачі

Тензорезисторні давачі (від лат. tensus – напружений) використовують двох типів: напівпровідникові і провідникові (фольгові).

Напівпровідниковий тензорезистор являє собою пластинку кремнію з виводами, розмірами: довжина 2-7мм, ширина 0,2мм, товщина 0,15мм. Середнє значення опору тензорезистора залежно від довжинийого бази 100-800 Ом при допутимій силі струму через давач 15 мА. Під дією зовнішнього зусилля на стрижень, чи балку, на якій закріплені тезорезистори, що утворюють повну мостову вимірювальну схему, змінюється опір напівпровідникового тензорезистора, а, отже, і значення напруги, пропорційно прикладеному зусиллю. При максимальній пружній деформації 210^-3 вихідний відносний сигнал буде становити приблизно 50-150 мВ/В залежно від номінального опору і коефіцієту чутливості давачів. Перевагами є висока чутливість при малих габаритних розмірах давачів і підсилювачів, недоліком – чутливість до температурних змін. Для ідентичності механічних і електричних характеристик всіх чотирьох напівпровідникових тензорезисторів, що утворюють мостову схему, їх слід виготовити в єдиному технологічному процеесі.

З провідникових тензорезисторів найбільш розповсюджені фольгові тензоперетворювачі. На фольгу розміром: довжина 3-20мм, ширина 1,5–10мм, товщина 0,2мм нанесено провідник, положення провідника вибирають таким чином, щоб давач сприймав і реєстрував деформації згину чи зсуву або комбіновані деформації (рисунок 11.5). Перевагами порівняно з напівпровідниковими тензорезисторами є можливість більшої сили струму (до 50мА) за рахунок більшої площі контакту з пружним елементом і кращого відведення тепла, а, отже, можливість працювати в ширшому діапазоні температур, а також наявність хімічного забруднення середовища чи підвищеного рівня радіації в приміщеннях, де експлуатується робот. Однак недоліком таких давачів є те, що вихідна напруга є дуже низькою, її передача і обробка може бути, наприклад, при наявності сильного електромагнітного поля, затрудненою. Тому для їх використання необхідні високоякісні підсилювачі сигналу з великим коефіцієнтом підсилення.

3 Багатокомпонентні давачі силомоментного надання чутливості

Для вимірювання деформацій під дією зусиль, прикладених у різних напрямках розташовують розетки тезорезисторів, розташовані під кутами 45, 90 і 120 відносно осей сусідніх елементів.

Найбільш простим в конструктивному відношенні є шестикомпонентний давач (рисунок 11.5), що являє собою два кільцевих флпнця 1, з’єднаних трьома плоскими пружними елементами 2, розташованими паралельно осі датчика під кутом 120 один до одного. На внутрішній стороні пружних елементів наклеєні фольгові тензорезистори 4, чутливі до деформацій розтягу-стиску, а на зовнішній – фольгові тензорезистори 3, чутливі до деформацій зсуву. Три пари тензорезисторів забезпечують зміну всіх деформацій, що виникають в пружних елементах під дією довільно направлених сил чи моментів, прикладених до одного з фланців давача.

Особливістю розглянутого давачає те, що він призначений для вимірювання всіх шести проекцій силового вектора і не може бути використаний для вимірювання лише однієї складової без виммірювання решти, оскільки в кожному тензоелементі, розміщеному на пружних елементах, виникають деформації практично від усіх діючих чил і моментів. Для рішення цієї задачі використовують іншу конструкцію давача – модульний шестикомпонентний давач сил і моментів (рисунок 11.6), розташований в основі пальців ЗП маніпулятора. Цей давач, на відміну від інших, має просту просторову геометрію, завдяки чому пружні елементи конструкції, що є взаємозамінними модулями, можуть бути легко розраховані для вимірювання заданої деформації.