Резистивные преобразователи

 

      Коэффициент тензочувствительности k всех тензорезисторов равен 2±0,2. Номинальный рабочий ток (при наклейке на металлические детали) составляет примерно 30 мА (точная величина указывается в паспорте). Максимальные допустимые относительные деформации не превышают 0,3%.

      Из  рис. 1.4 видно, что изгибы петель имеют  хотя и малые, но конечные размеры, поэтому деформация решетки в поперечном направлении приводит к появлению поперечной чувствительности, величина которой у проволочных тензорезисторов составляет 2% продольной и в большинстве случаев может не учитываться.

      Иногда  экспериментаторы используют тензорезисторы, не имеющие подложки – со свободным подвесом проволоки. Основным достоинством таких тензорезисторов является большая стабильность их показаний при длительных измерениях. Однако, из-за сложности изготовления, требующего определенных навыков, такие тензорезисторы имеют ограниченное распространение.

      Фольговые тензорезисторы. Фольговые тензорезисторы являются дальнейшим развитием проволочных тензорезисторов и в отличие от последних имеют решетку не из круглого провода, а из тонких полосок фольги прямоугольного сечения толщиной 4 – 12 мкм, которые наносят на лаковую основу. Благодаря большей площади контакта полосок фольгового тензорезистора с объектом измерения его теплоотдача значительно выше, чем у проволочного, что позволяет увеличить силу тока, протекающего через резистор, до 0,5А и тем самым повысить чувствительность тензопреобразователя.

      Другим  преимуществом фольговых тензорезисторов является возможность изготовления решеток сложного профиля (рис. 1.5), которые наиболее полно удовлетворяют условиям измерений. Так, прямоугольные решетки (рис. 1.5,а, б) наиболее полно подходят для измерения линейных деформаций, розеточные  (рис. 1.5,в, г) – для измерения крутящих моментов на круглых валах, а мембранные (рис. 1.5, д, е) – для наклейки на мембраны.

      Характеристики  некоторых промышленных фольговых  тензорезисторов приведены в табл. 1.2. 
 
 

      Таблица 1.2

      Характеристики  фольговых тензорезисторов

        

     Обозначение фольгового тензорезистора: Ф – фольговая (конструкция тензорешетки); К – константан (материал), Прямоугольная, Розеточная или Мембранная (тип решетки), конструктивные особенности (подтип), база, номинальное сопротивление и температура наклейки (X – не более 30 °С, Г – не более 180°С).

     Тензочувствительность фольговых тензорезисторов такая же, как у проволочных (k=2,1±0,25), предел измеряемых деформации 0,3%, температурный диапазон измерений от – 40 до +70 °С. Рабочий ток тензорезисторов разных типов находится в пределах 15 – 80 мА и указывается в их паспортах.

      Наряду  с указанными тензорезисторами широкое распространение получили термокомпенсированные фольговые преобразователи типа ФКТК. Конструктивное оформление их аналогично преобразователям 2ФКПА, однако, технология изготовления их такова, что в собранном виде они имеют примерно такой же температурный коэффициент, что и материал, для которого они компенсированы.

            б) г) е)

      Рис. 1.5. Конструкция фольговых тензорезисторов:

      а – 2ФКПА, 6 – 2ФКПД, в – 2ФКРВ, г – 2ФКРГ, д – 2ФКМВ, е – 2ФКМГ 

      Характеристики  выпускаемых термокомпенсированных фольговых тензопреобразователей приведены в табл. 1.3.

      Температурный диапазон тензорезисторов 1ФКТК и 2ФКТК простирается от – 50 до +50 °С, а ЗФКТК – от +10 до 200 °С; предельная измеряемая относительная деформация не превышает 0,3%; предельное отклонение сопротивления от номинала в партии в зависимости от класса точности (I, II, III) не превышает соответственно ±5, 10 и 15%.

     Для измерения деформаций в области  краевых эффектов или местах концентрации напряжений разработаны и выпускаются малобазные проволочные тензорезисторы типа МПБ. Малая база, отсутствие поперечной чувствительности и относительно малая жесткость позволяют применять их в тонкостенных конструкциях и производить тензометрирование деталей из материалов с малым модулем упругости. Характеристики тензорезисторов типа МПБ приведены в табл. 1.4.

      Размеры тензорезисторов МПБ равны 4,6Х2 мм, рабочий ток – не более 4 мА, а предельная измеряемая деформация не превышает 0,1%.

      Полупроводниковые тензорезисторы. Полупроводниковые тензорезисторы (по сравнению с рассмотренными выше) имеют ряд существенных преимуществ: чувствительность их в 50 – 60 раз превышает чувствительность проволочных, размеры существенно меньше, а высокий уровень выходного сигнала измерительных схем в ряде случаев не требует применения сложных и дорогих усилителей. Кроме того, сопротивление тензорезистора при одних и тех же размерах путем добавления соответствующих присадок и изменения технологии изготовления может быть изменено в очень широких пределах (от 100 Ом до 50 кОм) при коэффициенте тензочувствительности от – 100 до +200. 

Таблица 1.3

      Характеристики  фольговых тензорезисторов

        

Таблица 1.4

Характеристики  тензорезисторов типа МПБ

 

      Отличием  полупроводниковых тензорезисторов от проволочных является большое (до 50%) изменение сопротивления тензопреобразователя при деформации.

      Наиболее  сильно тензоэффект выражен у германия, кремния, антимонида индия, арсенида галлия и др. Однако по ряду причин для изготовления тензорезисторов применяют в основном кремний и германий. Они обладают высокой тензочувствительностью, химически инертны, выдерживают нагрев до 500 – 540 °С, позволяют изготовлять тензорезисторы различной формы.

      Свойства  и характеристики полупроводниковых тензорезисторов определяются материалом, кристаллографическим направлением, удельным сопротивлением и типом проводимости. Знак тензоэффекта (при растяжении) в полупроводниках n–типа отрицательный, а р–типа – положительный.

      Характеристики  серийно выпускаемых полупроводниковых тензорезисторов приведены в табл. 1.5, а конструкция – на рис. 1.6. Из рис. 1.6,а видно, что вывод теизорезистора имеет два участка (1 и 2): с помощью первого (полоски из золота) обеспечивается сварка с полупроводником, а с помощью второго (из меди) осуществляется монтаж в схемах.

      Таблица 1.5

      Характеристики  полупроводниковых тензорезисторов