10.2 Тензорезистивные преобразователи

Рис. 10.9 Тензорезистр

Тензорезистивный преобразователь представляет собой проводник, изменяющий своё сопротивление при деформации сжатия-растяжения. При деформации проводника изменяется его длина l, площадь поперечного сечения S, деформация кристаллической решетки приводит к изменению удельного сопротивления ρ: .

В качестве тензорезистивных преобразователей используется проводниковые и полупроводниковые материалы.

К первым относятся: фольговые, пленочные и проволочные тензорезисторы. Полупроводниковые тензорезисторы изготавливаются из кремния или германия. Свойства полупроводниковых и металлических преобразователей сильно различаются. Чувствительность полупроводниковых преобразователей может быть как положительной, так и отрицательной.

Тензорезисторы могут использоваться:

– либо для измерения механических напряжений и деформаций, тогда они включаются, как и резистивные преобразователи, в мостовую цепь по дифференциальной схеме 1-го типа;

– либо для измерения других механических величин: сил, давлений, ускорений и т.д., когда деформация является промежуточной величиной преобразования. В этом случае используется мостовая цепь по дифференциальной схеме 2-го типа.

Рис. 10.10 Мостовая схема включения тензорезисторов

В тензорезисторных приборах высокой точности используют схемы с нормирующими (компенсационными) резисторами (рис. 10.10).

R₁, R₄ – тензорезисторы воспринимают информацию.

R_B – резисторы для балансировки моста.

R_T – термозависимые резисторы, для компенсации аддитивной температурной погрешности.

R₄, R’₄ – резисторы, изменяя сопротивление которых можно регулировать чувствительность датчика.

R_Т2, R’_T2 – термозависимые резисторы, с помощью которых компенсируются температурные изменение чувствительности.

R_ш, R_вых – служит для регулировки входных или выходных сопротивлений моста.

Выходное напряжение терморезистивного моста не превышает 10-20 мВ, поэтому для дальнейшего преобразования выходной величины U_вых используются усилители.

Достоинство:

• высокая чувствительность S=50–130;

• в мостовой схеме включения компенсируется аддитивная погрешность.

Недостатки:

• зависимость сопротивления и чувствительности от температуры;

– большой разброс параметров с характеристик.

10.3 Терморезисторы

Терморезистором называется измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры. Различают: металлические и полупроводниковые.

Наибольшее распространение получили терморезисторы, сопротивление которых уменьшается при увеличении температуры, т.е. терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Вместе с тем, существуют резисторы, сопротивление которых возрастает с ростом температуры. Их обычно называют позисторами.

Основной характеристикой терморезистора является температурная зависимость сопротивления. Она совпадает с температурной зависимостью удельного сопротивления полупроводника, из которого изготовлен терморезистор.

При измерении температуры терморезисторы включаются в мостовые схемы, а так же в компенсационные (при наибольших точностях).

Перемещением движка реохорда R_p (рис. 10.11) добиваются уравновешиванием моста (начало изменений). R₁, R₃- резисторы, R_t- терморезисторы, R_p- сопротивление реохорда.

Рис. 10.11 Мостовая схема включения терморезисторов

При повышении температуры мост выходит из равновесия, напряжение измеренной диагонали усиливается и подается на реверсный двигатель РД, последний перемещаем движок реохорда, чтобы вернуть мост в уравновешенное составление. Заодно перемещая указатель и изменение температуры считается по отсчетной шкале.

При подключении металла терморезисторов для компенсации температурной погрешности проводников используют трехпроводный кабель (как показано на схеме).

Для полупроводников терморезисторов погрешность вызванная темпераментным изменением сопротивления кабеля ничтожна, поскольку сопротивление и чувствительность преобразователя намного больше чем сопротивления линий связей.

Недостатки полупроводниковых терморезисторов:

– нелинейность функции преобразования;

– большой разброс их параметров и старение.