Тензометрические преобразователи

В основе принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации. Основной характеристикой чувствительности материала к механической деформации является коэффициент относительной тензочувствительности K_Т (иногда в литературе обозначается как s):

,

где ε_R – относительное изменение сопротивления тензорезистора;
ε_l – относительное изменение длины проводника;

; ,

где Δρ – изменение удельного сопротивления тензорезистора; Δl – изменение длины проводника; ΔS – изменение сечения проводника.

Типовой диапазон значений коэффициента относительной тензочувствительности K_T находится с пределах 1,48…1,8, однако существуют материалы, для которых K_Т = 0,5…4,0.

Относительное изменение ε_l длины тензорезистора в пределах упругих деформаций не превышает 2,5 · 10^–3, а ε_R не превышает значений (1,25…10) · 10^–3, т. е. 1 %.

Как правило, для расчета сопротивления тензорезистора применяется следующая формула:

, (4.2)

где R₀ – сопротивление ненагруженного тензорезистора.

Коэффициент тензочувствительности полупроводниковых тензорезисторов определяется в основном изменением электрического удельного сопротивления, в отличие от металлических тензорезисторов в значительной степени зависит от деформации, а также от температуры и достигает 150…200.

.

По конструкции тензорезисторы делятся на проволочные, фольговые и пленочные (рис. 4.11). Примеры обозначений проволочного и фольгового тензорезисторов представлены на рис. 4.12, 4.13.

Для проволочных тензорезисторов диапазон сопротивлений
R₀ составляет 20…500 Ом.

Пленочные тензорезисторы изготавливаются путем вакуумной возгонки с последующим осаждением на подложку. Диапазон сопротивлений R₀ для пленочных резисторов составляет
50 Ом…10 кОм, коэффициент тензочувствительности K_T находится в диапазоне 20…200. Для изготовления пленочных тензорезисторов применяются как металлические, так и полупроводниковые материалы. Полупроводниковые тензорезисторы представляют собой тонкие полоски из кремния р-типа, вырезанные в направлении кристаллографической оси.

Для фольговых тензорезисторов диапазон l (база) составляет 0,6…10 мм, их недостатком является малое сопротивление.

.

а)

б)

Рис. 4.11. Конструкции тензорезисторов: а – проволочного; б – фольгового

П К Б 1.8-3-50

50 Ом – сопротивление тензорезистора (R₀)

3 мм – база

коэффициент тензочувствительности (K_Т = 1,8)

бумага

константан

проволочный

Рис. 4.12. Пример обозначения проволочного тензорезистора

2 Ф К П А

особые условия

прямоугольная решетка

константан

фольговый

коэффициент тензочувствительности (K_Т = 2)

Рис. 4.13.Пример обозначения фольгового тензорезистора