Тензо- и пьезорезистивные ПИП

Тензорезистивные ПИП предназначены для преобразования механических напряжений в изменение сопротивления.

Принцип действия основан на изменении сопротивления под действием деформации, меняющей длину сопротивления.

Это керамич подложка, на кот нанесены зигзагом проводники, кот закреплены с помощью клея (лаками, эпоксидными смолами, цементами) и кот подвержен растягивающему усилию.

Р

R

Р

k=(ΔR/R) /ΔL/L, где к – коэффициент тензочувствительности

Статическая характеристика тензопреобразователя:

ΔR/R = k*(s/E), где Е – модуль управляемости

ΔL/L – относит удлинение, ΔR/R – относит изменение сопротивления, 𝜎 – напряжение материала.

Тензодатчики выпускаются сл типов: проволочные, пленочные, фольговые.

Область применения: измерение мех растяжений, размеров микровпадин и неровностей.

Погрешность – 1-5%

Принцип действия пьезорезистивных ПИП основан на явлении поляризации диэлектриков под действием прикладываемого давления.

Прямой пьезоэф – возникновение зарядов на гранях кристалла, перпендик-ых прикладываемому мех усилию Р. Под дейтвием мех усилия мол-лы ориентируются вдоль линий электр оси кристалла.

g=d*P, где d - пьезоэлектр постоянная

В качестве исх материалов использ. Кварц, титонат бария, дигидрофосфат калия, сегнетова соль.

Обратный пьезоэф – при помещении в эл поле у кристаллов изменяются микроразмеры.

Т.к. кристаллы имеют конечное значение электр сопротивления, то происходит рекомбинация зарядов в объеме и на гранях кристалла. По этой причине ПЭП исп-ся только для динамич измерений.

Сопротивление меняется пропорц-но действующей силе.

Применение возможно в объектах с темп-ой до 200°С, т.к. до этой т-ры т-ный коэф-ент и пьезоэлектр коэфф слабо зависят от температуры.

Использование таких чувствительных элементов применяется при измерении величин механич напряжений, прогибов материала.

В противовес ПЭП испол-ся электреты – в-ва, долгое время сохраняющие заряд на обкладках.

14. Терморезистивные преобразователи (ТП). Материалы.

Используются 2 вида ТП:

1. металлический – зависимость R от T (температура) линейная

R_T = R_o(1+α*Т)

R

Ro T

Линейный участок – до 500-600°С. Далее ход прямой опред-ся сложной зависимостью R_T = R_o(1+α*Т-β*Т²)

Осн. материал – медь и платина. Медь – в диапазоне до 170-180°С, т.к. при более высоких т-рах на поверхности появляется слой закиси, изменяющий полное сопротивление. Платина – до 650°С.

2. полупроводниковые

Обратная зависимость R от T. Это связано с зонной структурой полупроводника.

R

Ro

T

В диапазоне до 200°С. Полупроводники имеют более узкий диапазон, но высокую чувствительность.

Rt

Используется: омметр, мостовая схема, логометр
15. Датчик Холла (магнитостр-ные преобразователи)

МСтрП – преобразователи, действие кот основано на изменении магн. проницаемости μ ферромагнит тел в зав-ти от приложенного усилия. Если имеется магн сердечник из ферромагн материала, вдоль кот направлен магн поток Ф. при воздействии на такой сердечник продольных сил меняется магн сопротивление Rм магнит потоку Ф.

Rм

Ф

Р

Изменение Rм ведет к изменению полного сопротивления z катушки, намотанной на этот сердечник.

Физ явление, заключ-ся в зав-сти м/д механич и магн состоянием в-ва – магнитострикция.

Способность вещества к намагничению характеризуется магнитной восприимчивостью, которая представляет собой отношение намагниченности к напряженности внешнего магнитного поля.

Магнитострикционная деформация зависит от индукции и напряженности магнитного поля. Взаимосвязь между параметрами и геометрическими размерами преобразователя выводится на основе рассмотрения его конкретной формы. На практике используют два типа магнитострикционных преобразователей: стержневые и кольцевые, изготовленные из магнитных сплавов или ферритов. Металлические сплавы используют для изготовления мощных магнитострикционных преобразователей, поскольку они имеют высокие прочностные характеристики.

Погрешность не больше 0,5-1% при т-ре до 110С. При повышенных т-рах погрешность резко возрастает и м.б. 3%.

Используется для измерений небольших перемещений, и измерений давлений.