Тензометрические датчики. Тензодатчики. Устройство тензодатчиков.

Они применяются для преобразования механических напряжений, усилий и деформаций в электрический сигнал. Наиболее распространены тензодатчики, у которых при внешнем воздействия изменяется активное сопротивление чувствительного элемента. Такие тензодатчки часто называют тензорезисторами. Рассмотрим некоторые из этих датчиков.

  Проволочные тензодатчики. Простейшим из них может служить прямолинейный отрезок тонкой проволоки, закрепленной с помощью клея на контролируемой детали. Сопротивление такого проводника при неизменной температуре равно рL/s где р — удельное сопротивление материала; L— длина проводника, s - площадь поперечного сечения проводника. При деформации детали одновременно будет деформироваться и наклеенная проволока (тензодатчик). Значит, будут изменяться длина проводника, площадь поперечного сечения и удельное сопротивление материала проводника вследствие изменения структуре материала. В результате этого изменится сопротивление проводника на величину ΔR.

   При растяжении детали сопротивление тензодатчика, наклеенного на нее, увеличивается а при сжатии уменьшается, т. е. относительное изменение сопротивления тензодатчика изменяет знак при изменении знака деформации (направления действующей силы ли момента). Характеристика тензодатчика, следовательно, реверсивная и Линейная для относительных деформаций, не превышающих 1—1,5% (вид характеристики соответствует рис. 1-2).

   Размеры Детали часто не позволяют закрепить на ней тензодатчик в виде прямолинейного отрезка проволоки достаточно большой длины. В этих случаях используется конструкция тензодатчика в виде спирали (решетки) из нескольких петель проволоки 1 (рис. 2-3). Материал проволоки тензодатчика имеет высокую прочность и упругость, поэтому, чтобы решетка сохраняла свою форму, ее наклеивают на подложку 2 (тонкая бумага или лаковая пленка) и сверху наклеивают такую же тонкую бумагу, пленку или фетр. К проволоке привариваются (или припаиваются) выводы З из тонких полосок медной фольги или провода. Длинная сторона решетки называется базой тензодатчика.

   Достоинствами проволочных тензодатчиков являются простота конструкции безъинерционность, линейная и реверсивная статическая характеристика. малая масса и небольшие габариты; невысокая стоимость. К их недостаткам следует отнести: невысокую чувствительность (необходимо применение усилителей); сильное влияние окружающей температуры; возможность использовать только в пределах упругих деформаций; необходимость влагозащиты  одноразовое использование.

  Фольговые тензодатчики.

    Их принцип действия и основные параметры такие же, как и у проволочных. Различие между ними заключается в конструкции решетки и способе ее изготовления. Фольговые тензодатчики изготавливаются из ленточной фольги толщины 4 мкм. В качестве материала фольги используют константан, нихром, титан-алюминиевый или золотосеребряный спав. Решетку фольговых тензодатчиков делают методом фотолитографии. Это позволяет получать решетки различной конфигурации (линейную, розеточную, мембранную), высокую повторяемость параметров у датчиков одного типа и автоматизировать процесс изготовления. По сравнению с проволочными тензодатчики из фольги имеют следующие достоинства: хороший механический и тепловой контакт с контролируемой деталью; более высокие чувствительность и точность за счет лучшей передачи деформации от детали к фольге и возможности пропускать через датчик

больший измерительный ток; возможность изготовления решеток сложного рисунка; большую прочность выводов.

Полупроводниковые тензодатчики.

    Наибольшее практическое применение получили полупроводниковые тензодатчики из кристаллических

полупроводниковых материалов — кремния, германия, арсенида галлия, антимонида индия и др. В отличие от проволочных и фольговых тензодатчиков изменение сопротивления при деформации у полупроводниковых тензодатчиков происходит основном за счет изменения не геометрических размеров а удельного сопротивления.

   Достоинствами полупроводниковых тензодатчиков являются высокая чувствительность (при, мерно в сто раз выше, чем у проволочных); большой выходной сигнал, что позволяет часто не применять усилитель. К их недостаткам следует отнести малую механическую прочность (хрупкость); сильное влияние окружающей температуры; большой разброс параметров в одной партии датчиков (до ±20 %).