2.3.3. Фольгові тензодатчики (фт)

Існування поперечної чутливості, мала величина допустимого струму, обмежена чутливість вимірювальної схеми, труднощі, пов’язані з виготовленням тензочутливих ґраток складної конфігурації та інші недоліки ДТ стали приводом для створення ФТ. На рис.2.3 показано конструкцію ФТ.

Рис. 2.3. Конструкція фольгового тензодатчика:

1 – несуча основа; 2 – тензочутлива ґратка; 3- шар клею; 4- вивідні провідники.

В якості несучої основи ФТ застосовують різноманітні матеріали, в тому числі акрилові, поліамідні, епоксидні, епоксидно-фенольні, фенольні, епоксидно-поліамідні, епоксидно-скляні, фенольно-скляні. З них виготовляють тонкі полімерні плівки, що мають високу механічну міцність і сумісність з більшістю в’яжучих. В датчиках, що використовуються в якості перетворювачів, за основу беруть дуже тонку плівку виготовлену на основі епоксидної смоли. Лінійно-пружна поведінка цього матеріалу задовольняє жорстким вимогам лінійності і відсутності гестерезису датчиків. Полімери, армовані скловолокном, застосовуються в датчиках, призначених для роботи в умовах циклічних деформацій. Зміцнення, створюване матеріалом основи і покриттям (герметизовані датчики), збільшує ресурс датчика.

Тензодатчики, що працюють при підвищених температурах (до С), за основу, мають плівки виготовлені з епоксидних і фенольних смол, армованих скловолокном. Скловолокно збільшує робочий діапазон температур матеріалу основи і виключає в’язкопружне деформування полімерної плівки. За більш високих робочих температур (400 - 800С), ґратка датчика кріпиться і ізолюється керамічним клеєм без полімерної основи.

В умовах натурних вимірів, щоб запобігти впливу агресивних середовищ, застосовують герметизовані тензодатчики.

У ФТ тензочутливий елемент (ґратка) виготовлений з дуже тонкої (завтовшки 2…10мкм), як правило, константанової чи елінварової фольги. Виготовлення ґратки проводиться шляхом штампування або травленням способом фотолітографії. Конфігурація ґратки тензодатчика вибирається таким чином, щоб забезпечити необхідний електричний опір ( Ом) тензочутливого елемента при достатньо малих розмірах датчика – довжині (база) і ширині . Серійно випускаються датчики з базою в діапазоні від до мм. Розмір чутливого елементу вибирається експериментатором таким чином, щоб забезпечити мінімальну похибку вимірювань, яка виникає за рахунок неоднорідності поля деформацій. Опір ґратки ФТ вимірюється з похибкою тоді, як допустима похибка тензочутливості кожної із партій тензодатчиків, складає і це дозволяє проводити достатньо точні вимірювання деформацій.

В залежності від кількості чутливих ґраток, ФТ поділяють на одноелементні та багатоелементні. Багатоелементні тензорезистори можуть мати дві, три або чотири ґратки. Типи фольгових тензорезисторів представлено на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Типи та підтипи фольгових тензодатчиків.

Тензодатчикии прямокутного типу використовують для вимірювання деформацій у довільно заданому напрямку в умовах одновісного напруженого стану деталі і є найпоширенішими у практиці тензометрування.

Усі різновиди прямокутних тензодатчиків є одноелементними і відрізняються один від одного тільки розташуванням ниток і виводів. Це створює певні зручності під час комбінування тензодатчиків, що підключаються в суміжні плечі мостової схеми. Наприклад, підтип А найчастіше використовується в парі з підтипом Д, а підтип Б з підтипом В.

Розетковими називаються ФТ, що складаються з двох, трьох або чотирьох ґраток, розташованих під певним кутом одна до одної. Вони застосовуються для визначення величини і напрямку головних деформацій в умовах плоского напруженого стану випробувальної деталі. Якщо напрямки головних деформацій наперед відомі, то використовуються двоелементні розетки А і Б. Тензодатчики підтипу Б призначені для вимірювання крутного моменту. Розетки В і Д використовуються у тих випадках, коли напрямки головних деформацій відомі приблизно. За невідомого напрямку головних деформацій здебільшого користуються розетками підтипу Д.

За допомогою мембранних тензодатчиків вимірюють деформації радіального (А) і тангенціального (Б) напрямків, що виникають під час згину круглих пластинок (мембрани, діафрагми, диска та ін.). Одноелементні тензодатчики А і Б використовують для окремого виміру радіального або тангенціального напруження.

Максимальні тангенціальні напруження зосереджені в центрі мембрани, а максимальні радіальні - уздовж периметра защімлення. Тому, у дво - чотири елементних тензодатчиках, нитки елементів, що мають форму спіралі, розташовані в центрі мембрани.

Вкажемо на дві істотні переваги ФТ над дротяними.

1. Прямокутна форма поперечного перерізу ниток чутливої ґратки за малої товщини дає змогу:

а) збільшити площу щеплення з поверхнею досліджуваної деталі;

б) поліпшити тепловіддачу тензочутливої ґратки;

в) використати за основу не папір, а тонкий полімер з добрими механічними, діалектричними і адгезійними властивостями.

2. Широкі перемички роблять такі тензодатчики, практично, нечутливими до поперечних деформацій.