Тензометрические измерительные преобразователи. Конструкция и материалы

Резистивныйтензодатчик представляет собой основание с закрепленным на нем чувствительным элементом. Принцип измерения деформаций при помощи тензометрического преобразователя заключается в том, что при деформации меняется активное сопротивление тензорезистора. В современном виде тензометрический измерительный преобразователь конструктивно представляет собой тензорезистор, чувствительный элемент которого выполнен из тензочувствительного материала (проволоки, фольги и др.), закрепленный при помощи связывающего (клея, цемента) на исследуемой детали (Набросок 1). Для присоединения чувствительного элемента в электронную цепь в тензорезисторе имеются выводные проводники. Некие конструкции тензорезисторов для удобства установки имеют подложку, расположенную меж чувствительным элементом и исследуемой деталью, также защитный элемент, расположенный поверх чувствительного элемента. Все имеющиеся преобразователи можно поделить на три главных типа: - проволочные; - фольговые; - пленочные.

Проволочный. На полоску узкой бумаги либо лаковую пленку наклеивается уложенная извилисто узкая проволока поперечником 0,02-0,05 мм. К концам проволоки присоединяются выводные медные проводники. Сверху преобразователь покрывается слоем лака, а время от времени заклеивается бумагой либо фетром. Датчик обычно устанавливается так, чтоб его более длинноватая сторона была нацелена в направлении измеряемой силы. Таковой преобразователь, будучи приклееным к испытуемой детали, принимает деформации ее поверхностного слоя. Таким макаром, естественной входной величиной наклеиваемого преобразователя является деформация поверхностного слоя детали, на которую он наклеен, а выходной- изменение сопротивления преобразователя, пропорциональное этой деформации. Обычно наклеиваемые датчики употребляются много почащененаклеиваемых. Измерительной базой преобразователя является длина детали, занимаемая проволокой. Более нередко употребляются преобразователи с базами 5 – 20 мм, владеющие сопротивлением 30 – 500 ом. Не считая более всераспространенной петлевой конструкции проволочныхтензодатчиков, есть и другие. По мере надобности уменьшения измерительной базы преобразователя (до 3 – 1 мм) его изготовляют витковым методом, который состоит в том, что на оправке круглого сечения на трубку из узкой бумаги наматыается спираль из тензочувствительной проволоки. Потом эта трубка проклеивается, снимается с оправки, расплющивается и к концам проволоки прикрепляются выводы.

Фольговыетензодатчики являются более пользующейся популярностью версией наклеиваемых тензодатчиков. Фольговые преобразователи представляют из себя ленту из фольги шириной 4 –12 мкм, на которой часть металла выбрана травлением таким макаром, что оставшаяся его часть образует показанную на рисунке 4 решетку с выводами.

При изготовлении таковой решетки можно предугадать хоть какой набросок решетки, что является значимым достоинством фольговыхтензопреобразователей. На рисунке 4,а показан внешний облик преобразователя из фольги, созданного для измерения линейных напряженных состояний, на рис. 4,в – фольговый преобразователь, наклеиваемый на вал, для измерения вращающих моментов, а на рис.4,б – наклеиваемый на мембрану.Суровым преимуществом преобразователей из фольги является возможность наращивать сечение концов преобразователя; приваривание (либо припаивание) выводов можно в данном случае выполнить существенно надежнее, чем в преобразователях из проволоки.Фольговые тензодатчики по сопоставлению с проволочными имеют большее отношение площади поверхности чувствительного элемента к площади поперечного сечения (чувствительность) и поболее размеренны при критичных температурах и долгих нагрузках. Большая площадь поверхности и маленькое поперечное сечение также обеспечивает неплохой температурный контакт чувствительного элемента с прототипом, что уменьшает саморазогрев датчика.Для производства фольговых тензопреобразователей употребляются те же металлы, что и для проволочных датчиков (константан, нихром, сплав никеля с железом и т.д.), также используются к тому же другие материалы, к примерутитаноалюминиевый сплав 48Т-2, обеспечивающий измерение деформаций до 12%, также целый ряд полупроводниковых материалов.

Пленочные тензодатчики В последние годы появился очередной метод массового производства приклеиваемых тензосопротивлений, заключающийся в вакуумной возгонке тензочувствительного материала и следующей конденсации его на подложку, напыляемую конкретно на деталь. Такиетензопреобразователи получили заглавие пленочных. Малая толщина таких тензопреобразователей (15-30 мкм) дает существенное преимущество при измерениях деформаций в динамическом режиме в области больших температур, где измерения деформации представляют собой специализированную область исследовательских работ. Целый ряд пленочныхтензопреобразователей на базе висмута, титана, кремния либо германия производится в виде одной проводящей полосы (набросок 5). Такие преобразователи не имеют недочета, заключающегося в уменьшении относительной чувствительности преобразователя по сопоставлению с чувствительностью материала, из которого выполнен преобразователь.

Набросок 5- Пленочный тензопреобразовтель:1- тензочувствительная пленка; 2- пленка лака; 3- выводной проводник

Тензометрический коэффициент преобразователя, выполненного на базе железной пленки, равен 2-4, а его сопротивление колеблется в спектре от 100 до 1000 Ом. Преобразователи, выполненные на базе полупроводниковой пленки, имеют коэффициент порядка 50-200, и потому они более чувствительны к прикладываемому напряжению. При всем этом нет необходимости использовать усилительные схемы, так как выходное напряжение полупроводникового тензометрического моста составляет приблизительно 1 В.