Материалы высокого сопротивления. Тензометры.

К материалам высокого сопротивления относятся металлы и сплавы, используемые для электроизмерительных приборов, резисторов. У них помимо высокого удельного сопротивления должны быть высокая стабильность сопротивления во времени, малый температурный коэффициент удельного сопротивления, малая термоЭДС в паре с медью. Иногда они должны работать при высоких температурах, быть технологичными и по возможности не содержать дорогостоящих компонентов. Резистивные материалы должны иметь высокое удельное сопротивление. обладать высокой коррозиционной стойкостью, высокой стабильностью и малой термоЭДС в паре с медью. Очень важно, чтобы эти требования выполнялись, если материал предназначен для изготовления образцовых и добавочных резисторов и шунтов электроизмерительных приборов. для переменных низкоомных резисторов надо иметь весьма малое и стабильное (во времени) контактное сопротивление. В зависимости от назначения, условий эксплуатации, с учетом номинального сопротивления в качестве материалов для резисторов применяют металлы и сплавы с высоким удельным сопротивлением, а также оксиды металлов, углерод, композиционные материалы (иногда на основе благородных металлов - платины, палладия, золота и серебра). Конструктивно резисторы выполняются в виде объемных элементов, проволоки различных диаметров и пленки, осаждаемой на диэлектрическое основание (подложку). для пленок введен параметр - сопротивление квадрата, или сопротивление на квадрат (или удельное поверхностное сопротивление), численно равное сопротивлению участка пленки, длина которого равна его ширине, при протекании тока параллельно поверхности подложки. Сопротивление квадрата определяется по формуле

Rk = ρ / d , (3.3)

где ρ - удельное объемное сопротивление пленки толщиной d.

Для резисторов и термопар наиболее распространенными являются сплавы типа манганина. Это сплавы на никелевой и медно-никелевой основе. Собственно манганин - наиболее распространенный сплав при изготовлении точных резисторов. Манганин марки МНМцЗ-12 содержит: марганца 11,5 - 13,5 %, никеля и кобальта 2,5 - 3,5 %, остальные % - медь. Обычно при повышении стабильности характеристик его отжигают при температуре 400 °С в течение 2 ч в вакууме или в нейтральных газах (аргон, азот) с медленным охлаждением. Холоднотянутая проволока подвергается 10- часовому старению при температуре 140 0С. Кроме того, требуется длительная выдержка манганина при комнатной температуре, примерно около 1 года. Основные свойства манганина этой марки таковы: при 20 0С удельное сопротивление r = 0,48 мкОм м: температурный коэффициент удельного сопротивления при

той же температуре ar = (5 - 30) 10-6 1/К, термоЭДС относительно меди равна 1 мкВ 1/К +1: Т_плавл = 960 ⁰С, наибольшая допустимая рабочая температура (длительно) ТР 300 ⁰С.

Тензометры

Сплавы. применяемые в преобразователях деформации различных изделий под действием механических сил, называются тензометрическими. В основу работы тензопреобразователей принцип изменения сопротивления при деформации конструкции, на которую наклеен тензодатчик, Коэффициент тензочувствительности оценится

d = ∆R / R / ∆L / L. или d = 1 + ∆ρ / ρ E S) / F + 2 μ, (3.4)

где ∆R - изменение сопротивления R при изменении ∆L длины элемента L; ∆ρ - изменение удельного сопротивления r материала тензодатчика под влиянием нагрузки F; S - площадь поперечного сечения проволоки преобразователя: Е - модуль IОнга; m - коэффициент Пуассона материала проволоки.

Наиболее часто для тензометров применяется проволока, наклеиваемая зигзагообразно на лаковую или бумажную основу (диаметр проволоки примерно 0,02 0,05 мм). К концам проволоки пайкой или сваркой гюдсоединяются выводные проводники, как правило, медные. Сверху датчик лакируется. И приклеивается к изделию. Материалами для проволоки могут быть различные металлы и сплавы. например манганин, константан, нихром, никель, висмут, платиносеребряные или титаноалюминиевые сплавы, хотя они чаще применяется для изготовления пленочных тензометров (сплав АЛ19. Д20 и др.). Пленочные тензометры получают путем вакуумной возгонки материала и последующей его конденсацией на подложку. Часто применяются фольговые тензометры из весьма тонкой фольги толщиной 4 -12 мкм, на которой часть металла выбрана травлением таким образом, что оставшаяся часть образует так называемую “решетку’ - зигзагообразный тензометр.