Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы)

Работа тензорезисторов основана на зависимости электрического сопротивления проводника или полупроводника от создаваемого в нем механического напряжения. Они подразделяются на металлические и полупроводниковые. Из металлических тензорезисторов наиболее распространены проволочные и фольговые.

Если проволоку подвергнуть, например растяжению, то сопротивление ее изменится. Относительное сопротивление проволоки определяется по формуле.

где к — коэффициент тензочувствительности; А1/1 — относительная деформация проволоки.

Изменение сопротивления проволоки при механическом воздействии на нее объясняется изменением геометрических размеров (длины, диаметра) и удельного сопротивления материала.

Проволочные тензорезисторы (рис. 10.2) представляют собой тонкую зигзагообразную проволоку 2, называемую решеткой, приклеенную к полоске бумаги (подложке 1). В качестве подложки используется тонкая (0,03—0,05 мм) бумага, а также пленка лака или клея, а для работы при высоких температурах — слой цемента.

Тензопреобразователь включается в схему с помощью привариваемых или припаиваемых выводов 3. Он наклеивается на поверхность исследуемой детали так, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с осью длинной стороны петель проволоки. При деформации детали сопротивление проволоки изменяется.

Тензопреобразователи в зависимости от назначения имеют различные размеры. Сопротивление тензопреобразователя чаще всего составляет 50—200 Ом.

Относительная деформация проволоки тензопреобразователя А1/1 равна относительной деформации детали Д/_д//_д, на которую он наклеен. Последняя связана с механическим напряжением в детали, а и модулем упругости материала этой детали Е соотношением.

Таким образом, уравнение преобразования тензопреобразователя можно представить в виде.

Для изготовления тензопреобразователей применяется проволока диаметром 0,02—0,05 мм из константана, имеющего коэффициент к = = 1,9−2,1.

У фольговых тензопреобразователей чувствительный элемент получают путем травления фольги, одна сторона которой покрыта лаком или клеем. При травлении из фольги выбирается часть металла таким образом, что оставшийся металл образует чувствительный элемент необходимой формы и сопротивления (рис. 10.3).

В последнее время промышленностью выпускаются тензопреобразователи из монокристаллов полупроводников — кремния, германия, арсенида галлия и др. Ценным свойством таких тензопреобразователей является большое значение коэффициента к (от -200 до +850). Однако они имеют низкую механическую прочность и плохую восприимчивость характеристик.

Для измерения сопротивления тензопреобразователей в подавляющем большинстве случаев применяют неуравновешенные мосты с питанием постоянным или переменным током.

Рис. 10.2. Устройство проволочного тензорезистора.

Рис. 10.3. Контур решетки фольгового тензорезистора.

Предпочтение отдается цепям с дифференциальным включением, в которых один тензорезистор испытывает деформацию растяжения, а второй, включенный в смежное плечо моста, — деформацию сжатия.

Примеры обозначений тензорезисторов: КФ5П1, BF350−3FG, BF600- 4АА.

Тензопреобразователи применяются для измерения сил, давления, вращающих моментов, ускорений и других величин, преобразуемых в упругую деформацию.