Тензорезистивные преобразователи

 

Тензорезистивный преобразователь основан на тензоэффекте, заключающемся в изменении сопротивления полупроводников и проводников при их металлической деформации.

Как следует из определения, измерения деформаций с помощью тензорезисторов основано на тензоэффекте. Тензоэффектом называется свойство проводниковых и полупроводниковых материалов изменять электропроводность (электрическое сопротивление) при изменении объёма или напряжённого состояния.

Для обоих видов тензочувствительных материалов, проводниковых и полупроводниковых, тензоэффект характеризуется величиной тензочувствительности, устанавливающей связь между относительным изменением сопротивления и относительной деформацией в направлении измерений.

В технике измерения неэлектрических величин тензорезисторы используются по двум направлениям.

Первое направление - использование тензоэффекта проводника, находящегося в состоянии объёмного сжатия, когда естественной входной величиной преобразователя является давление окружающего его газа или жидкости. На этом принципе строятся манометры для измерения высоких и сверхвысоких давлений, преобразователи которых представляют собой катушку провода (обычно манганинового) или полупроводниковый элемент (чаще всего германиевый или кремниевый), помещённые в область измеряемого давления (жидкости или газа). Выходной величиной преобразователя является изменение его активного сопротивления.

Второе направление - использование тензоэффекта растягиваемого или сжимаемого тензочувсвительного материала. При этом тензорезисторы применяются в виде " свободных" преобразователей и в виде наклеиваемых.

Тензорезисторы характеризуются рядом параметров, основными из которых являются:

тензочувствительность S_т;

номинальное сопротивление R;

допустимая деформация Е_доп;

погрешность преобразования.

Для обоих видов тензочувствительных материалов, проводниковых и полупроводниковых, тензоэффект характеризуется величиной тензочувствительности, устанавливающей связь между относительным изменением сопротивления и относительной деформацией в направлении измерений.

Тензочувствительность материала характеризуется зависимостью

_{T =} =1+2, [1]

 

где; R; Δ R; Δ - длина и сопротивление тензочувствительного элемента и их приращение в следствии деформации; m - коэффициент эластосопротивления, равный m =υ Ε _м; Ε _{м -} модуль упругости образца тензочувствительного материала; υ - продольный коэффициент пьезосопротивления.

 

Рисунок 2.2 - Тензорезистивный преобразователь

Индуктивные преобразователи

 

Типы индуктивных преобразователей. На рис.2.3 изображен наиболее распространенный преобразователь с малым воздушным зазором , длина которого изменяется под действием измеряемой величины Р (сосредоточенной силы, давления, линейного перемещения). Вследствие изменения зазора изменяется магнитное сопротивление магнитной цепи, а значит и индуктивность катушки, надетой на сердечник и включенной в цепь переменного тока. Изменение индуктивного сопротивления катушки ведет к соответствующему изменению ее полного сопротивления Z. Таким образом, возникает функциональная зависимость между измеряемой механической величиной Р и электрическим сопротивлением Z преобразователя:  и .

Преобразователи такого типа можно применять при измерении перемещений порядка 5…20 мм.

 

Рисунок 2.3 - Индуктивный преобразователь

 

В практике нашли применение почти исключительно дифференциальные индуктивные преобразователи.

Объясняется это не только большей линейностью характеристики, но главным образом меньшей погрешностью этих преобразователей. Одним из основных достоинств индуктивных преобразователей является возможность получения большой мощности преобразователя (до 1…5 В× А), что позволяет пользоваться сравнительно малочувствительным указателем на выходе измерительной цепи, а при необходимости - регистрировать измеряемою величину (возможно включение на выходе цепи самописца или вибратора осциллографа без предварительного усиления). В малогабаритных преобразователях, однако, часто приходиться прибегать к включению усилителя между измерительной цепью и указателем или регистратором.

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: