ТЕНЗОРЕЗИСТ ОРЫ
Презентацию выполнил
студент гр. 9587 Медведев Глеб
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Тензорезистор (от лат. tensus - напряжённый и лат. Resisto - сопротивляюсь) - резистор, сопротивление которого
изменяется в зависимости от его деформации. Тензорезисторы
используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков.
Тензорезист
оры
УГО тензорезистора
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — уменьшает.
Принцип действия проиллюстрирован на анимированном изображении. Для наглядности на изображении величина деформации тензорезистора утрированно увеличена, как и изменение сопротивления. В реальности относительные
изменения сопротивления весьма малы (менее ~10−3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры или прецизионные усилители или прецизионные усилители + АЦП. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.
Полупроводниковый тензорезистор обладает гораздо большей чувствительностью из-за изменения свойств полупроводникового материала при деформации.
ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ
Тензорезистор служит для измерения уровня деформации – сжимания, растягивания, изгиба. Его задача – преобразовать величину деформации в пропорциональную ей электрическую величину. Такой метод измерения, в отличие от механического, имеет ряд преимуществ:
1)высокая точность измерения
2)дистанционный контроль
3)автоматизация
Обычно тензорезисторы используются в следущих целях:
1)определение степени изменения формы под действием деформации
2)определение механического напряжения, вызванного деформацией, и запаса прочности материала или конструктивного элемента, в котором используется этот материал
3)косвенное определение различных физических параметров путем их пересчета в деформацию
КОНСТРУКЦИЯ
Обычно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде зигзагообразного проводника, нанесённого на гибкую подложку.
Тензорезистор приклеивается подложкой на поверхность исследуемого на деформации объекта. Проводники тензорезисторов обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, фольги, или напыляются в вакууме для получения
плёнки полупроводника или металла. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, полимерную плёнку, слюду и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь тензорезистор имеет выводные проволочные концы или контактные площадки.
ПРОВОЛОЧНЫЕ
В самом простом виде проволочный тензорезистор представляет собой отрезок проволоки, жестко закрепленный на деформируемой детали. Таким образом, проволока деформируется вместе с деталью. При этом изменяется ее длина и сечение, что приводит к изменению электрического сопротивления. Измеряя это сопротивление несложно определить величину деформации. Изменение сопротивление обычного кусочка проволоки очень мало, поэтому вместо обычного отрезка используют длинную проволоку, уложенную змейкой.
ПРОВОЛОЧНЫЕ
Для изготовления тензорезисторов используют материалы с высоким коэффициентом тензочувствительности и, что очень важно, с малым температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Чаще всего для этих целей применяют тонкую (до 20-30 мкм) проволоку из константана. Эта проволока, уложенная змейкой, наклеивается на подложку из бумаги или пластиковой пленки и сверху закрывается еще одним листом бумаги или пленки. Сам прибор, как было уже отмечено, жестко крепится на деформируемом объекте.
Но такая конструкция имеет один существенный недостаток – она способна измерять деформации только в одной, продольной плоскости. При изгибе или растяжении в поперечной плоскости чувствительность датчика составляет всего 2% от продольной. То есть прибор практически перестает работать. Для измерения уровня деформации одновременно в разных плоскостях используют несколько датчиков, расположенных под разными углами, или проволоку укладывают спиралью.
ФОЛЬГОВЫЕ
Этот тип датчиков работает на том же принципе, что и проволочные, но вместо проволоки в них используется полоска тонкой (4-12 мкм) фольги. Чувствительность фольговых тензорезисторов примерно такая же, как у проволочных, но они ввиду относительно большой ширины дорожек и хорошего теплообмена с исследуемой деталью могут выдерживать больший ток (до 0.5 А против 30 мА у проволочных), что повышает чувствительность преобразователя и точность измерения.
Еще одним преимуществом фольговых преобразователей является возможность изготовления решеток самого разнообразного профиля, максимально удовлетворяющего условиям измерения.
ФОЛЬГОВЫЕ
Так для измерения продольных деформаций наиболее подходят прямоугольные решетки (рис. а, б). Для измерения крутящего момента на круглых валах используются розеточные решетки (рис. в, г). А перемещение мембраны удобно контролировать мембранными решетками (рис. д, е).
Если необходима высокая точность измерения, то для изготовления тензодатчика используют материалы и технологии, придающие преобразователю такой же коэффициент температурного расширения, как и у материала, для которого они компенсированы. Такие преобразователи называются термокомпенсированными.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
Такие тензорезисторы изготавливаются преимущественно из кремния и германия, имеющих сильно выраженный тензоэффект. Но иногда материалом служит арсенид галлия и антимонид индия. Такие датчики выдерживают нагрев до 500 градусов, химически инертны, могут изготавливаться любой формы. Как и все полупроводниковые приборы, такие тензорезисторы делятся на n- и p- типы. Первый при растяжении имеет отрицательный знак тензоэффекта, второй – положительный.