§ 5. Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы).
В основу работы преобразователей 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 ее сопротивление изменится.
Относительное изменение сопротивления проволоки
R/R = Sl/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, представляют собой тонкую зигзагообразную уложенную и приклеенную к полоске бумаги (подложке) проволоку. Подложка наклеивается на поверхность исследуемой детали так, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с продольной осью проволочной решетки. Преобразователь включается в схему с помощью привариваемых или припаиваемых выводов.
Для изготовления преобразователей применяется 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.
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.
Наклеенный тензочувствительный преобразователь невозможно снять с одной детали и наклеить на другую. Поэтому для определения функции преобразования (коэффициента S) прибегают к выборочной градуировке преобразователей.
Погрешности наклеиваемых тензорезисторов могут быть ±1%. Достоинства этих преобразователей: линейность функции преобразования, малые габариты и масса, простота конструкции. Недостатком их является малая чувствительность.
В тех случаях, когда требуется высокая чувствительность, находят применение тензочувствительные преобразователи, выполненные в виде полосок из полупроводникового материала. Коэффициент S у таких преобразователей достигает нескольких сотен или даже тысяч. Однако воспроизводимость характеристик полупроводниковых преобразователей плохая.
Используются тензорезисторы для измерения деформаций и других неэлектрических величин: усилий, давлений, моментов и т. д.