Реостатні та тензорезистивні первинні перетворювачі.

Реостатним називають резистивний перетворювач, виконаний увигляді реостата, повзунок якого переміщується під дією вхідної вимірюваної величини. Вихідною величиною є електричний опір, значення якого зумовлене положенням повзунка. Чутливий елемент таких перетворювачів – це дріт та не дріт. Найпоширенішими є дротяні реостатні перетворювачі поступального руху та перетворювачі обертального руху.

Рис. 9.7 – Схема реостатного перетворювача

Перші виготовляють звичайно на стр жневих, трубчастих або пластинчастих каркасах, на які намотана із заданим кроком чи виток до витка із провідникового матеріалу. У перетворювачах обертального руху провідникову дротину намотують на кільцевий каркас. Рухомим елементом у таких перетворювачах є контактна щітка, що ковзає по зачищеній поверхні резистора. Щітка електрично з’єднана з контактною пружиною, що ковзає по струмо знімальному кільцю. Матеріал дроту для намотки реостатних ПВП – це константан та манганін, якщо перетворювач працюватиме в умовах підвищених температур, дротина виконана з нікель-хромового чи залізо-хромового сплаву.

Характеристика градуювання реостатного перетворювача має вигляд

(9.1)

де R_П – повний опір перетворювача;

l – довжина перетворювача;

x – лінійне переміщення.

Найчастіше реостатні перетворювачі вмикають до логометричних кіл.

Тензометричні перетворювачімають назву тензорезистори. Принцип дії тензометричних резисторів полягає на явищі тензоефекту. У практиці електричних вимірювань тензоефект у провіднику чи напівпровіднику в результаті об’ємного стискання. Вхідною величиною таких перетворювачів є тиск газу чи рідини, що їх оточують. На цьому принципі побудовані перетворювачі високих та надвисоких тисків, які виготовляють у вигляді без каркасної обмотки з манганінового дроту. Для низьких тисків застосовують германієвий чи кремнієвий тензорезистор.

Суть другого напряму тензоефекту полягає у використанні тензоефекту, який викликаний розтягненням чи стискуванням тензочутливого матеріалу. Перетворювачі цієї групи виконані у вигляді наклеюваних дротяних, фольгових, плівкових чи так званих навісних тензоперетворювачів.

Чутливими елементами є дріт, фольга та плівка, в них під дією механічної сили виникає деформація, як наслідок, змінюється довжина та площа поперечного перерізу S провідника. Деформація кристалічної решітки призводить до зміни питомого опору ρ. Ці три чинники призводять до зміни електричного опору провідника, а саме

Конструктивні особливості. Дротові тензорезистори (рис. 9.8) має підкладку з тонкого паперу чи лакової плівки, на котру наклеєний тензочутливий елемент – дріт у вигляді плоскої одношарової решітки. До кінців дроту приєднані зварюванням виводи з тонкого мідного дроту. Зверху перетворювач покрито шаром лаку.

Рис. 9.8 – Схема дротяного тензорезистора

Фольгові тензорезистори – це тонка стрічка з фольги завтовшки 0,01…0,02 мм, на якій частина матеріалу вибрана так, що її частина, яка залишилась, утворює плоску решітку з виводами. Цю решітку закріплюють між двома плівками з лаку. Конструктивно такий тензорезистор має вигляд, який наведений на рис. 9.9.

Рис. 9.9 – Конструктивні особливості фольгового тензорезистора

Поширені плівкові тензорезистори, в яких чутливий елемент нанесений методом вакуумної сублімації з подальшою конденсацією на плівку. Для виготовлення плівкових тензорезисторів застосовують як металеві (титано-алюмінієвий сплав), так й напівпровідникові (германій, кремній) матеріали.

Важливою перевагою як фольгових, так і плівкових тензорезисторів є те, що під час виготовлення можливо передбачити будь-який рисунок їх решітки, завдяки чому їх застосовують для досліджень механічних напружень деталей різної конфігурації.

З’явились тонко плівкові тензорезистори, які методом фотолітографії наносять на попередньо ізольовану поверхню механічного пружного елемента. Як матеріали для тонко плівкових тензорезисторів використовують метали (хром-кремній, хром-нікель, платина-ірідій), а як ізоляційний матеріал – двоокис кремнію та двоокис алюмінію. Такі ензорезистори мають велику перевагу - менший вплив на мембрани, на які їх наносять, та зміна їх властивостей. Основний недолік – доволі висок вартість їх виготовлення.

Напівпровідникові тензорезистори – це пластинка монокристалу кремнію або германію довжиною 5…10 мм, шириною 0,2…0,8 мм.

Характеристика градуювання тензорезистора, а саме, залежність опору R від відносної деформації e описується лінійним рівнянням:

, (9.2)

де S_T – тензочутливість матеріалу.