3.2.3. Тензометрические датчики

Тензодатчики применяются для измерения величины силы (давления).

Различают резистивные, полупроводниковые и пьезоэлектрические тензометрические датчики. Измерение силы тензодатчиком происходит косвенно - путем измерения деформации калиброванного элемента, вызванной действием данной силы. Для измерения давления его преобразуют в силу и измеряют тензометрическим методом. Тензодатчики также применяют для измерения скоростей потока различных жидкостей и сред (воздуха, газов). Такие измерения производят, используя дифференциальный метод измерения.

Рис. 2.7. Линеаризация четвертьмостового датчика

В табл. 2.3 приведены направления и техника применения тензодатчиков.

Таблица 2.3
	Применение тензодатчиков
Направление	Тензодатчик
Деформация	Тензодатчик, пьезоэлектрический преобразователь
Сила	Элемент нагрузки (динамометр)
Давление	Диафрагма преобразует в силу, измеряемую тензодатчиком
Поток	Методы измерения дифференциального давления

Резистивный тензодатчик меняет свои размеры при действии на него силы (сжимается или растягивается), таким образом он изменяет свое сопротивление.

В простейшем случае резистивный тезодатчик представляет собой тен- зопроволочку, натянутую между двумя стойками-контактами (рис. 2.8). Сила, воздействуя на проволочку (площадью сечения А, длиной L, удельным сопротивлением р), вызовет удлинение или сжатие последней, что приведет к пропорциональному увеличению или уменьшению ее сопротивления:

где GF - это тензочувствительность (значение 2.0-4.5 - для металлов, более 150 - для полупроводников).

Значение силы, приложенной к проволочке, определяется величиной AL/L, выражается в единицах относительной деформации (е. о. д.). Таким образом, чем больше тензочувствительность, тем больше величина изменения сопротивления и, следовательно, выше чувствительность датчика.

Рис. 2.8. Проволочный тензодатчик

Сравнение металлических и полупроводниковых тензодатчиков

Если проволочку или проводящую тензофольгу закрепить на специальной подвижной пластине или основании, мы получим наклеиваемый тензо- датчик. Такой датчик устанавливается вдоль направления измеряемой силы (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Наклеиваемый проволочный тензодатчик

Наклеиваемые датчики изготовляют из тех же металлов, что и проволочные (константан, нихром, сплав никеля с железом и т. д.). Наибольшее распространение получили фольговые датчики, изготавливаемые методом фототравления.

Таблица 2.4

Параметр	Металлический тензодатчик	Полупроводниковый тензодатчик
Диапазон измерения	0.1-40,000 |8	0.001-3000 |8
Тензочувствительность	2.0-4.5	50-200
Сопротивление, Ом	120, 350, 600, ..., 5000	1000-5000
Допуск резисторов	0. 1 %-0.2 %	1-2 %
Размер, мм	0.4-150 (стандарт 3-6)	1-5

Проволочные датчики имеют малую поверхность связи с образцом (основанием), что уменьшает токи утечки при высоких температурах и дает большее напряжение изоляции между чувствительным элементом и образцом. Кроме того, фольговые чувствительные элементы имеют большое отношение площади поверхности к площади поперечного сечения (чувствительность) и более стабильны при критических температурах и длительных нагрузках. Большая площадь поверхности и малое поперечное сечение также обеспечивают хороший температурный контакт чувствительного элемента с образцом, что уменьшает саморазогрев датчика.

Полупроводниковые материалы (например, кремний и германий), имеющие пьезорезистивный эффект, используют для изготовления тензодат- чиков большой чувствительности. Однако они трудно поддаются компенсации и имеют нелинейное изменение сопротивления (табл. 2.4).