Тензорезисторы.

Различают:

• проволочные,

• фольговые,

• пленочные,

• жидкостные,

• полупроводниковые.

Конструкция проволочного тензорезистора.

Очень тонкая проволока уложена в виде решетки и заклеена между

двумя слоями тонкой бумагой. Выводы - мягкая медная проволка. А

Диаметр: 0.02 – 0.05

Материал: высокоомные сплавы (константант, манганин, нихром).

А – база от 5 до30 мм высота

3 – 10 мм ширина

R= 50,100,200,400,800 Ом - сопротивление.

Конструкция фольгового тензорезистора.

Тонкая фольга высокоомного сплава наносится

методом травления. Выводы медные.

Конструкция пленочного тензорезистора.

Получаются осаждением пленки высокоомного материала, т.е. пленка из металла или кремния.

КНС – кремний на сапфире,

КНК – кремний на кремнии.

Тензодатчики используют для измерения механических напряжений, деформаций.

Выходной величиной является сопротивление.

где – удельное сопротивление.

S – площадь поперечного сечения в мм²

ℓ - длина проводника в м.

Определим чувствительность.

- полная производная.

- относительная чувствительность

- коэффицент Пуассона

Продольная чувствительность S₁ ≈ 2

Для измерения деформации тензодатчик наклеивается на поверхность вдоль направления действия силы.

Р

Сжимающая деформация

Балка

Растягивающая деформация

Погрешности.

1.Погрешность градуировки. Строится усредненная номинальная характеристика, что и приводит к возникновению погрешности между действительной и номинальной (1.5%).

2. Погрешность от поперечной составляющей около 0.5% у проволочных, а у фольговых отсутствует.

3.Температурная погрешность. Определяется зависимостью сопротивления проволоки от температуры. При изменении температуры датчик и деталь деформируются по разному, за счет разных коэффициентов расширения материалов. Компенсируется схемным способом.

Градуировка тензодатчиков.

 = M/W

M = P*ℓ

W = b*h² / 6

=P*ℓ*6 / b*h²

P – сила

 – механическое напряжение.

М – изгибающий момент

W – момент сопротивления

Ползучесть – это не 100% передача деформации на датчик из-за некачественной приклейки.

Устраним погрешность от места установки датчика, т.е. механическое напряжение везде одинаково.

 = P*ℓ*6 / k*ℓ*h² = P*6 / k*h²

Схемы включения тензодатчиков.

1. Делитель U. Т.к. это параметрический датчик, его необходимо подключить к источнику.

При изменении Rтд будет изменяться Uвых

Uпит выбирается по документации.

C

Схема используется при I = const, т.к. R1>>Rтд.

При измерении температуры Rтд будет и будет

о

Uвых=I*Rтд

чень большая п погрешность. Такая схема применяется для измерения переменных вну ренних напряжений.

2. Схема включения – мостовая.

Если R3/R1= R4/R2, то Uвых = 0, т.е.

мост сбалансирован.

Если в одно из плеч моста включить тензодатчик, то Uвых моста будет зависеть от Rтд.

Чтобы устранить температурную погрешность используют схемы компенсации.

1.1-го типа.

Р

ТДр - рабочий

(ТДР)

ТДк – компенсирующий и располагается

перпендикулярно направлению силе.

При изменении температуры Rтдр и Rтдк изменяются одинаково, напряжение в точках a и b меняется одинаково: _а = _b = const

2. 2-го типа. Оба датчика рабочие, но т.к. они очень быстро нагреваются, то происходит термокомпенсация.

1 - сжимается R↑ ,

Тд1 2 – разжимается R↓ ,

Р

Тд2

Мостовая схема чувствительна к изменению R резисторов, включённых в соседние плечи

моста, если эти изменения с разними знаками.

Сопротивление включенные в диагональные плечи моста должны меняться одинаково (R1 и R2).

Питание моста может быть постоянным и переменным, но для практических

целей необходима балансировка моста:

а) Питание моста постоянным током.

Rш < Rб Изменяя положение движка можно балансировать мост.

=

При перемещении движка меняется сопротивление.

Rш должно быть очень маленьким для

уменьшения пределов изменения Rбал,

т.е. нужна плавная подстройка( доли Ом).

б

~

) При питании моста переменным током вводиться корректирующее звено – выходная диагональ корректируется RC-звеном,она необходима для коррекции сдвига фазы Uвых за счет реактивных составляющих элементов схемы, т.е. могут возникнуть фазовые погрешности.

Кроме измерения механического напряжения в реальных конструкциях и деталях ТД применяются в составе датчиков веса, давления, перемещения (тензолиты).