Преобразователи контактного сопротивления

Столбик из 10 – 15 угольных шайб (диаметром 0,5 – 1 см), на концах которого расположены латунные диски с выводами для включения в измерительную цепь, зажат между двумя винтами а и б (рис. 4.1.4, слева), изолированными от столбика слюдяными прокладками.

Электрическое сопротивление столбика зависит от его сжатия, так как при этом изменяется переходное сопротивление между шайбами. Таким образом, по изменению электрического сопротивления столбика можно определить механическую силу Р, действующую на винт б. Если применить дифференциальный преобразователь с двумя столбиками (рис. 4.1.4, справа), включенными в два смежных плеча моста, то получим: 1) при действии измеряемой силы Р увеличение сжатия одного и уменьшение сжатия другого столбика вызовут увеличение отношения их сопротивлений, т.е. увеличение отношения двух плеч моста, что приводит к повышению точности измерения; 2) при таком включении столбиков изменение температуры, вызывающее одинаковое изменение их сопротивлений, не влияет на показание измерителя, что также приводит к повышению точности измерения.

Тензочувствительные преобразователи

В основу работы тензочувствительных преобразователей (тензорезисторов) положен тензоэффект, заключающийся в изменении активного сопротивления проводника (полупроводника) под действием вызываемого в нем механического напряжения и деформации. Если проволоку подвергнуть механическому воздействию, например растяжению, то сопротивление ее изменится. Относительное изменение сопротивления проволоки R / R = S l / l, где S – коэффициент тензочувствительности; l / l – относительная деформация проволоки. Изменение сопротивления проволоки при механическом воздействии на нее объясняется изменением геометрических размеров (длины, диаметра) и удельного сопротивления материала.

Тензочувствительные преобразователи, широко применяемые в настоящее время (рис. 4.1.5), представляют собой тонкую зигзагообразно уложенную и приклеенную к полоске бумаги (подложке 1) проволоку 2 (проволочную решетку). Преобразователь включается в схему с помощью привариваемых или припаиваемых выводов 3. Преобразователь наклеивается на поверхность исследуемой детали так, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с продольной осью проволочной решетки.

Для изготовления преобразователей применяются главным образом проволока диаметром 0,02 – 0,05 мм из константана, имеющего коэффициент S = 1,9 – 2,1. Константан обладает малым температурным коэффициентом электрического сопротивления, что очень важно, так как изменение сопротивления преобразователей при деформациях, например, стальных деталей соизмеримо с изменением сопротивления преобразователя при изменении температурных условий. В качестве подложки используется тонкая (0,03 – 0,05 мм) бумага, а также пленка лака или клея, а при высоких температурах – слой цемента.

Рис. 4.1.6 Преобразователь газоанализатора, основанный на принципе измерения теплопроводности

Применяются также фольговые преобразователи, у которых вместо проволоки используется фольга. Чувствительный элемент преобразователя создается путем травления фольги. При травлении из фольги выбирается часть металла таким образом, что оставшийся металл образует чувствительный элемент необходимой формы и сопротивления.

Погрешности наклеиваемых тензорезисторов могут быть  1 %. Достоинства этих преобразователей: линейность функции преобразования, малые габариты и масса, простота конструкции. Недостатком их является малая чувствительность.

Используются тензорезисторы для измерения деформаций и других неэлектрических величин: усилий, давлений, моментов и др.