При некоторых применениях, в частности, при испытании материалов и конструкций на прочность, проявляется определённый недостаток, состоящий в «разовом действии»: ИП можно приклеить, но нельзя отклеить. Между тем, для определения механического напряжения σ надо знать εl, а значит, надо знать S – коэффициент преобразования εl в относительное изменение сопротивления εR. Для экспериментального определения S на градуировочной установке надо наклеить ИП на деформируемую деталь, например, на балку, изгибаемую грузом с известной массой. Но отклеить, чтобы далее использовать ИП с известным значением S на другом объекте, нельзя.
Приходится идти на выборочное определение S для некоторого количества ИП из данной партии, а остальным экземплярам приписывать усреднённое для выборки значение S с определённым допуском. Например, для ИП из константановой фольги S = 2,1 ± 0,2. Допуск большой (около 10%), а этот допуск есть ни что иное, как погрешность, но при испытаниях на прочность и не требуется высокой точности, т.к. всегда принимают запас прочности.
|
|
Эта особенность проявляется не всегда. Манометры, динамометры и торсиометры с приклеенными ИП можно проградуировать, а потом использовать для измерений.
Необходимость температурной компенсации.
Изменение сопротивления ИП под воздействием температуры окружающей среды (вредное влияние) соизмеримо с изменением от деформации (полезное влияние). В связи с этим тензорезисторные ИП не могут работать без температурной компенсации. Изменение сопротивления ИП под воздействием температуры ΔRθ можно представить в виде
ΔRθ = ΔRθ' + ΔRθ'',
где ΔRθ' – изменение, которое было бы единственным, если бы ИП не был приклеен;
ΔRθ'' – изменение, связанное с различием коэффициентов линейного расширения материала объекта, на который наклеен ИП (βоб), и материала самого ИП (βип).
Если температурную зависимость R(θ) считать близкой к линейной, то
ΔRθ' = αR0 Δθ,
где α – температурный коэффициент сопротивления (т.к.с.) материала ИП, например, константана;
R0 – сопротивление ИП при θ = 0оС;
Δθ – отклонение температуры θ от того значения, относительно которого определяется изменение ΔRθ'.
Разность (βоб – βип) может быть как положительной, так и отрицательной. Например, для ИП из константана, наклеенного на сталь βоб на 30-35% меньше, чем βип. Поэтому при увеличении температуры θ для константана возникает деформация сжатия, что равноценно отрицательному т.к.с., но если этот же ИП наклеен на дюраль, то βоб > βип, что равноценно положительному т.к.с. В любом случае
|
|
ΔRθ'' = SR(βоб – βип) Δθ
и в целом
ΔRθ = [α + S(βоб – βип)]R Δθ,
или, вводя обозначение εR,θ = ΔRθ/R – относительное изменение сопротивления ИП, вызванное изменением температуры
εR,θ = [α + S(βоб – βип)] Δθ.
Пример.
ИП из константана наклеен на сталь. В этом случае: α = ± 50×10–6 1/oC;
βип = 15×10–6 1/oC; βоб = 11×10–6 1/oC; (βоб – βип) = – 5×10–6 1/oC; S = 2,1 ± 0,2.
При S = 2 имеем
α + S(βоб – βип) = (± 50 – 10)×10–6 1/oC = (– 60 ÷ 40)×10–6 1/oC.
В худшем случае
|α + S(βоб – βип)|max = 60×10–6 1/oC.
При εl = 10–3 = 0,1% (в пределах упругих деформаций εl,max = 0,2%) и Δθ = ± 20оС изменение сопротивления ИП, вызванное деформацией (полезное изменение) будет
εR = Sεl = 0,2%,
а вызванное изменением температуры (вредное)
εR,θ = ± 60×10–6×20 = 1,2×10–3 = ± 0,12%,
т.е. вредное изменение соизмеримо с полезным. Следовательно, без температурной компенсации обойтись нельзя. Она осуществляется в измерительных цепях с тензорезисторными ИП.