03. Классификация тензорезисторов

Существуют проволочные, фольговые, полупроводниковые и специальные типы тензорезисторов. Применение безпетлевых тензорезисторов позволяет повысить достоверность получаемых результатов, т.к. в отличие от тенэорезисторов с многовитковой петлевой решеткой они свободны от поперечной чувствительности.

Проволочные тензорезисторы

Рис.3.4.Схемы проволочных тензорезисторов

а, б - с многовитковой петлевой решеткой

в - с многовитковой безпетлевой решеткой

г - однопроволочные

Проволочные тензорезисторы различают в основном по двум признакам:

1) по температурному диапазону работоспособности: гензорезисторы массового применения (t° = -50° ... +70°С); тензорезисторы для измерений при низких температурах; тензорезисторы для измерений при повышенных температурах; гензорезисторы для измерений при высоких температурах;

Фольговые тензорезисторы

Рис.3.5. Схемы фольговых тензорезисторов:

а - с прямоугольной решеткой;

б - розеточные; в - специальные

2) по типу применяемой основы:

тензорезисторы на бумажной основе;

тензорезисторы на пленочной основе;

тензорезисторы на металлической основе;

Фольговые тензорезисторы – обычно изготавливаются из того же материала, что и проволочные (константен - для нормальных температур и нихром – для повышенных до 300°С температур). Чувствительный элемент изготавливается из тонколистового металла (фольги) толщиной 2 ... 10 мкм. Фольговые тензорезисторы по сравнению с петлевыми проволочными имеют лучшие метрологические характеристики (т.к. изготавливаются с более высокой точностью) и могут быть с решеткой любой конфигурации: прямоугольной;

розеточной;

мембранной;

специальной.

В зависимости от числа чувствительных решеток, размещенных на одной основе, фольговые тензорезисторы делятся на одно и многоэлементные.

Полупроводниковые тензорезисторы

В качестве чувствительного элемента используется монокристаллический полупроводник толщиной 20... 50 мкм, шириной до 0,5 мм и длиной 2... 12мм. Материал чаще всего германий или кремний. Полупроводниковый тензорезистор применяется при измерении малых деформаций, а также в преобразователях механических величин в качестве чувствительных элементов.

Специальные типы тензорезисторов.

Их имеется достаточное количество. Например, датчик усталостных повреждений, датчик для обнаружения трещин и др.

04. Параметры и технические возможности тензорезисторов

Основные параметры тензорезисторов могут быть охарактеризованы следующими величинами:

База l - длина чувствительного элемента (решетки) тензорезистора в мм.

Отечественная промышленность для массового использования выпускает тензорезисторы с базой 1... 200 мм. Для специальных целей изготавливаются фольговые тензорезисторы базой до 0,3 мм. Чем меньше база, тем точнее можно измерить среднюю величину деформации в исследуемой точке конструкции, но при этом большее влияние оказывают криволинейные участки решетки на тензочувствительность тензорезистора. По длине базы тензорезисторы можно условно разделить на три группы:

с малой базой ( < 6 мм). Они применяются при изучении малых объектов и измерении деформации в зонах концентрации, характеризуемых значительным градиентом напряженно деформированного состояния;

со средней базой ( 10… 30 мм). Это тензорезисторы массового использования;

с большой базой (> 30 мм). Обычно используются при исследовании

неоднородных материалов. Наиболее широко распространены тензорезисторы с базой 1. ..20 мм.

Номинальное сопротивление R - значение активного сопротивления чувствительного элемента тензорезистора в омах. Для тензорезисторов промышленного производства R = 10... 800 Ом. Наиболее употребительными являются тензорезисторы сопротивлением 100, 200, 400 Ом, но могут изготовляться и до 3000 Ом и даже до 10000 Ом.

Основные отличия полупроводниковых тензорезисторов от проволочных состоят в большом (до 50%) изменении их удельного сопротивления при деформации.

При измерении без усилителя лучше применять высокоомные тензорезисторы.

Масса тензорезистора небольшая - не более 0,05 г.

Коэффициент тензочувствительности S - отношение относительного приращения сопротивления тензорезистора к относительной деформации детали Е, измеренной в направлении оси базы тензорезистора.

Для проволочных тензорезисторов из константановой проволоки S = 2, а для полупроводниковых доходит до 200 и более. Это позволяет избавиться от необходимости применять сложные и громоздкие тензоусилители и измерять микродеформации. Возможности использования тензорезисторов ограничиваются предельно допустимой деформацией, температурой окружающей среды и т.д. Линейность характеристики

у наклеиваемых тензорезисторов обеспечивается до 1,5%. Но при соответствующей этому величине деформации у тензорезисторов происходит растрескивание связующего, и поэтому для проволочных и фольговых тензорезисторов предел измеряемой деформации принят равным 0,3 %.

Величину измеряемых деформаций можно изменить с помощью различных приспособлений (рис.3.6).

Рис.3.6. Приспособления для расширения пределов измерения тензорезисторами:

а - П-образная, скоба для уменьшения измеряемой деформации;

б - пластина для увеличения чувствительности тензорезистора

За счет использования П-образной скобы I (рис.3.6, а) из тонкой упругой стальной ленты может быть измерена деформация до 25 % в условиях статического нагружения, а устройство в виде пластины I (рис.3.6,6) позволяет увеличивать чувствительность тензорезистора. Скоба и пластина закрепляются на изучаемом объекте 2 сваркой или зажимами.