Тензосопротивления (тензопреобразователи).

В основе работы тензосопротивлений (тензопреобразователей) лежит явление тензоэф­фекта, заключающееся в измене­нии активного сопротивления проводников при их механиче­ской деформации. Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной чувствительности К, определяемый как отношение изменения сопротивления к из­менению длины проводника

, где

где – относительное изменение сопротивления проволоки;

– относительное изменение длины проводника.

Поэтому основным требованием к материалу тензосопро­тивлений является возможно большее значение коэффициента относительной чувствительности К. Это объясняется тем, что относительное изменение сопротивления e_R у большинства тензосопротивлений мало, не превышает (5 – 7)×10^-3. Нагрев преобразователя может вызвать изменение его сопротивления, соизмеримое с рабочим изменением. Поэтому не менее важ­ным требованием к материалу тензопреобразователей явля­ется возможно меньшая величина температурного коэффици­ента сопротивления материала. Третье требование – это вы­сокое удельное сопротивление материала, из которого изготавливается преобразователь, так как необходимо стремиться к возможно меньшей площади, занимаемой преобразовате­лем.

Материалы, наиболее часто применяемые для изготовле­ния тензосопротивлений: константан, нихром, манганин, ни­кель, хромель, висмут, титаноалюминиевый сплав, полупро­водниковые материалы (соединения германия, кремния и т.д.).

Наиболее широкое распространение в настоящее время на­ходят проволочные, фольговые и пленочные тензосопротивления.

Проволочные тензопреобразователи в технике измерений используются по двум направлениям. Первое направление – использование тензоэффекта проводника, находящегося в со­стоянии объемного сжатия, когда естественной входной вели­чиной преобразователя является давление газа или жидкости. Выходной величиной преобразователя является изменение активного сопротивления. На этом принципе строятся мано­метры для измерения высоких и сверхвысоких давлений.

Второе направление – использование тензоэффекта растя­гиваемой проволоки из тензочувствительного материала. При этом тензосопротивления применяются в виде «свободных» преобразователей и в виде наклеиваемых. «Свободные» тензопреобразователи выполняются в виде одной или группы проволок, закрепленных по концам между подвижной и не­подвижной деталями, и, как правило, выполняющих одновре­менно роль упругого элемента. Естественной входной величи­ной является очень малое перемещение подвижной детали. Устройство наиболее распространенного типа, наклеиваемого проволочного тензосопротивления избражено на рис.3.41.

Рис. 3.41. Устройство наклеиваемого проволочного тензосопротивления.

1 – лаковая пленка; 2 – проволока; 3 – бумага; 4 – медные проводники

На полоску тонкой бумаги или лаковую пленку 1 наклеивается уложенная зигзагообразно тонкая проволока 2 диаметром 0,02…0,05 мм. К концам проволоки присоединяются (сваркой или пайкой) выводные медные проводники 4, служащие для включения преобразователя в измерительную цепь. Сверху преобразователь покрывается слоем лака или заклеивается бумагой 3 или фетром. Такой преобразователь приклеивается к испытуемой детали так, что проволока воспринимает дефор­мацию поверхностного слоя испытуемой детали, вследствие

чего изменяется сопротивление проволоки. Таким образом, естественной входной

величиной является деформация поверх­ностного слоя испытуемой детали, а выходной – изменение сопротивления преобразователя, пропорциональное этой де­формации. Измерительной базой преобразователя является длина детали, занимаемая проволокой. Наиболее часто используются преобразователи с базами 5…20 мм, обладающие со­противлением 30…500 ом. Кроме петлевой конструкции, суще­ствуют и другие. При необходимости уменьшения измеритель­ной базы преобразователя (до 3…1 мм) его изготавливают витковым способом, который заключается в том, что на оправ­ке круглого сечения на трубку из тонкой бумаги наматыва­ется спираль из тензочувствительной проволоки. Затем эта трубка проклеивается, снимается с оправки, расплющивается и к концам проволоки прикрепляются выводы.

Когда надо получить от цепи с тензопреобразователем ток большой величины при работе на вибратор осциллографа, используют «мощные» проволочные преобразователи. Они состоят из большого числа (30…50) параллельно соединенных проволок, отличаются большими габаритами (длина базы 150…200 мм), но дают возможность увеличить пропускаемый через преобразователь ток.

Фольговые преобразователи представляют собой тонкую ленту из фольги толщиной 4…12 мкм, на которой часть ме­талла выбрана травлением таким образом, что оставшаяся его часть образует решетку с выводами. При изготовлении таких преобразователей можно получить любой рисунок ре­шетки, что является достоинством фольговых преобразовате­лей. На рис. 3.42. представлены разновидности фольговых тензосопротивлений.

Рис. 3.42. Фольговые тензосопротивления

Большим преимуществом фольговых преоб­разователей является возможность увеличивать сечение кон­цов преобразователя, что позволяет осуществить надежное припаивание (приваривание) выводов, а также то, что фоль­говые преобразователи можно изготовить большего сечения, чем проволочные, что позволяет пропускать через преобразователи большие токи, и, следовательно, делать приборы с тензопреобразователями более чувствительными.

При отношении ширины к толщине полоски, равном 10, допустимый ток в преобразова­теле из фольги в 1,4 раза больше, чем в преобразователе из проволоки того же сечения.

Пленочные тензосопротивления изготавливаются методом вакуумной возгонки тензочувствительного материала и после­дующей конденсации его на подложку

(рис. 3.43).

Рис. 3.43. Пленочные тензосопротивления.

1 – упругий элемент; 2 – обмотка

Действие датчика основано на изменении омического сопротивления тензочувствительной обмотки 1 при деформации упругого элемента 2 под воздействием изменяемой силы. Тензочувствительная обмотка включается в плечо мостовой схемы.