Параметрические датчики активного сопротивления: тензометрические, реостатные, электроконтактные

Омические датчики. К датчикам с изменяющимся омическим сопротивлением относятся тензометрические датчики, которые применяются. Для измерения упругих деформаций (измерения растяжения или сжатия тел), а также для измерения крутящих и изгибающих моментов, возникающих на поверхности различных механических деталей при их механической нагрузке. Значение измеренной деформации позволяет с помощью известных формул теории упругости и упругих констант (постоянных значений) материала деталей вычислять механические напряжения в них и судить о целесообразности их конструкции. Тензодатчики, используемые в автоматическом контроле, дают возможность следить за деформациями и напряжениями при статических и динамических нагрузках.

Основным элементом проволочного тензодатчика является константановая проволока диаметром 0,015-0,05 мм, сложенная в виде петлеобразной решетки (спирали) между двумя склеенными полосками тонкой бумаги или пленки. Датчик через специальную бумагу 2 приклеивается к детали 3, деформацию которой нужно измерить. При действии деформации, например при растяжении, как показано на рисунке сплошной стрелкой, вместе с деталью будет растягиваться и проволока. При этом ее длина увеличится, а сечение уменьшится. За счет этого сопротивление проволоки R=pljS увеличивается. Это сопротивление является выходной величиной датчика.

Для тензодатчиков, выпускаемых промышленностью, используется константановая или фехралевая проволока. Тензочувствительность таких датчиков может иметь значения от 1,7 до 2,9, сопротивление составляет 50 - 2000 Ом, база - 5 - 30 мм, номинальный рабочий ток ттри наклейке на металлические детали - 30 мА, допустимые относительные деформации - не более 0,3% (при больших проволока оборвется), максимальная рабочая температура составляет 500°С (для датчиков с пленочной основой). Достоинство проволочных тензодатчиков - простота конструкции, практически безынерционность, недостаток - малая чувствительность (при работе сопротивление тензодатчика изменяется не более чем на 0,3%). С целью исключения зависимости тензодатчика от температуры применяют мостовые схемы с двумя тензо-датчиками в смежных плечах моста, из которых один не подвергается деформации, но находится в тех же температурных условиях. Это достигается перпендикулярным расположением обоих датчиков. Тогда температурные изменения сопротивления уравновешиваются и баланс схемы сохраняется (рисунок).

Измерительный или регистрационный прибор обычно включается через усилитель. Погрешность измерений с применением проволочных тензодатчиков находится в пределах 1 + 0,5%.

Разработаны также полупроводниковые тензодатчики, у которых чувствительность в 50-60 раз выше, чем у проволочных. Их недостатки - малая механическая прочность, влияние освещенности, разброс параметров у различных образцов.

Рис. 1 - Принципиальная конструкция потенциометрического датчика: а - прямоугольного; б - кольцевого; в - секторного

Потенциометрические датчики(В технической литературе потенциометрические датчики носят также название «реостатные») применяются. для измерения угловых или линейных перемещений и преобразования этой величины в изменение сопротивления. Конструктивно датчики такого типа представляют собой каркас прямоугольной или кольцевой формы, на который намотана в один ряд тонкая проволока (рисунок). По виткам проволоки 4 скользит щетка 3, называемая движком потенциометра, которая механически связана с объектом, перемещение которого нужно измерить.

От концов намотки и от движка сделаны электрические выводы 1, 2, 3, с помощью которых датчик включают в схему. При перемещении движка потенциометра от вывода 1 к выводу 2 щетка переходит от одного витка намотки на другой. При этом длина проволоки между движком и выводом 1 увеличивается, а между движком и выводом 2 уменьшается. За счет этого сопротивление между выводами 3 и 1 увеличивается от 0 до R, а между выводами 2 и 3 - уменьшается от R до 0, где R - сопротивление проволоки, намотанной на каркас. По изменению этих сопротивлений можно определить перемещение l. Аналогично выполнены потенциометры (рис. 7.3, б, в).

Сопротивление между движком и одним из выводов (например, 5) намотки называют выходным сопротивлением датчика Rвых. При перемещении щетки в пределах одного витка Rвых не изменяется, что обусловливает зоны нечувствительности, а при переходе щетки с одного витка на другой Rвых изменяется скачком. Для уменьшения скачков и зон нечувствительности при намотке используют тонкий провод (диаметром 0,03-0,05 мм).

С целью снижения влияния температуры на Rвых применяют провод с малым температурным коэффициентом сопротивления (нихром, константан, манганин). Наиболее часто применяют линейные потенциометры, у которых сечение каркаса по всей длине одинаково, а намотка равномерная. За счет этого выходное сопротивление датчика Rвых зависит от перемещения l.