2015-06-24
853
Данную группу составляют датчики, использующие следующие зависимости:
- Изменение сопротивления от величины усилия.
;
- Изменение индуктивности от величины усилия.
Lx = f(
);
3. Изменение емкости от величины усилия.
Cx = f();
4. Изменение э. д. с. от величины усилия.
Ex = f();
Датчики с изменяющимся активным сопротивлением
Простейшим датчиком усилий с изменяющимся сопротивлением может служить проволока, растягиваемая силами Рх (рис.17,а). Так как сопротивление проволоки равно:
 ;
или
 ,
то
 .
Чувствительность датчика определяется как
 ,
где  - удельное сопротивление проволоки датчика;
l – длина, см; q – площадь сечения проволоки, см2,
 - коэффициент Пуассона.
|
Рис.17
Сила Рх связана с удлинением проволоки по закону Гука:
;
где Е – модуль упругости материала проволоки датчика, кГ/см2.
Обычно чувствительность датчиков лежит в пределах S = 2-5 (до 12).
Проволочные датчики широко используются в качестве тензометров, т.е. измерителей напряжений и удлинений в различных частях конструкций. Проволочный датчик-тензометр представляет собой ряд петель (от 2 до 40) длиной 5-25 мм, реже до 100 мм, шириной 0,8-10 мм, из проволоки с d = 0,002 – 0,05 мм, который наклеивается на бумажную подкладку, а сверху заклеивается защитной бумажной полоской (рис.17, б). Проволочный датчик-тензометр наклеивается на тщательно защищенную часть конструкции при помощи клея (целлюлозного, бакелитового, карбинольного, резинового, воскового) или какого-либо цементирующего состава. Проволочные датчики обладают малой инерционностью и не имеют гистерезиса. Включение датчиков обычно производится по схеме моста или потенциометра (рис.18)
|
|
|
Рис.18
Наряду с проволочными датчиками широкое распространение имеют датчики из полупроводниковых материалов. В качестве последних применяются искусственные составы («тензолиты»):
1. Графит + тонкий кварцевый песок и смола.
2. Графит + мел + шеллак (или канифоль).
3. Уголь (или сажа) + бакелитовый лак.
Датчики изготавливаются обычно или в виде полосок (длиной l = 40-60 мм, шириной b = 4-6 мм, толщиной h = 1-30 мм), или в виде нитей (d = 1-2 мм), или в виде слоя на изолирующей подкладке. Датчики из тензолитов обладают большей чувствительностью (до S = 300), но часто имеют нестабильные характеристики, малую механическую прочность и большой гистерезис.
Датчики с изменяющей и взаимной индуктивностью.
Изменение магнитной проницаемости ферромагнитных материалов при наличии в них механических напряжений может быть использовано для датчиков, у которых 
.
Величина относительного изменения магнитной проницаемости является функцией следующих параметров:
,
а значение чувствительности датчика по отношению к механическим напряжениям рх
|
|
|
,
где Н – величина напряженности намагничивающего поля;
- изменение температуры датчика.
Максимальная чувствительность датчика 
макс будет иметь место при Н=Н опт, которая соответствует 
макс.
В качестве материала магнитоупругих датчиков обычно применяют никелево-железные сплавы. Зависимость относительного изменения магнитной проницаемости от величины механических напряжений
в области упругих деформаций и малого относительного удлинения для отожженного пермаллоя (78,5% Nі) приведена на рис.19. В качестве материала для датчика можно рекомендовать также сплав 65% Nі и35% Fе. Часто датчики-тензометры предварительно тренируют путем многократных деформаций. На рис.19, б показано устройство двух типов датчиков для измерения напряжений и деформаций. Включение датчиков обычно осуществляют по мостовой схеме.
Температурные погрешности при этом доходят до 1% на 1ºС. Поэтому часто для компенсации температурных влияний два одинаковых датчика, находящихся в одинаковых температурных условиях, включают в смежные плечи мостовой схемы. Питание мостовых схем с подобными датчиками осуществляют от источника переменного тока повышенной частоты (f = 5 000 – 50 000 гц).
Датчики с изменяющейся емкостью
Для ряда материалов существует зависимость относительного изменения диэлектрической проницаемости от величины механических напряжений 
. Эта зависимость может быть использована для построения емкостных датчиков, реагирующих на величину усилий. При этом диэлектрическая проницаемость в зависимости от величины давления определяется как 
.Чувствительность датчика будет равна:
Включение датчика осуществляется по мостовой или дифференциальной схеме. Составляя столб из ряда (n) датчиков так, чтобы на них воздействовала одна и а же сила Рх, соединяя обкладки параллельно, можно получить достаточно большое значение емкости датчика CΣ =nC и увеличить значение проводимости датчика 
СΣ.
