Расчет и выбор конструкций тензорезисторов

Конструкцию и материал тензорезисторов выбирают исходя из требований технического задания по пределам измерения, условиям установки датчика деформации (материал объекта измерения, размеры, кривизна и состояние места под установку тензорезисторов, возможность проведения термообработки), по температурному диапазону работы и по точности.

При решении этих вопросов необходимо учитывать следующее. Для измерения деформации при отрицательных температурах предпочтительнее пленочные (лаковые), а при высоких – цементные подложки. Полупроводниковые тензорезисторы благодаря высокой чувствительности дают возможность измерять уровень малых деформаций в узком температурном диапазоне.

Для расчета геометрических размеров тензорезистора определяющими требованиями являются требования по питанию измерительной цепи, точности и габаритным размерам датчика.

Допустимый ток питания проволочного тензорезистора рассчитывают по формуле

, а,

, где d-диаметр проволоки в метрах.

Диаметр проволоки выбирают минимально возможным. Допустимый ток пленочных и фольговых тензорезисторов может быть значительно больше, т.к. у них условия охлаждения лучше, чем у проволочных, и зависит от соотношения ширины и толщины полоски тензоризисторов. Так при отношении ширины к толщине полоски, равным 10, допустимый ток фольгового тензорезистора может быть в 1.4 раза больше, чем в проволочном тензорезисторе того же сечения. При отношении, равном 40 – 81.95 раза, допустимый ток полупроводниковых резисторов можно принимать равным допустимому току фольговых, а свободных тензорезисторов в 1.5 -2 раза ниже, чем приклеенных.

По заданному напряжению питания и в зависимости от выбранной измерительной схемы рассчитывают сопротивление тензорезисторов.

Расчет базы и ширины проволочного тензорезистора производят из следующих предпосылок. Для уменьшения габаритных размеров датчика необходимо уменьшать базу тензорезистора. Однако при заданном сопротивлении и материале тензорезистора уменьшение базы приводит к увеличению ширины, и при этом все большая часть проволоки оказывается нерабочей, что приводит к снижению коэффициента чувствительности. Поэтому отношение размера базы тензорезистора к его ширине принимают равным 2-5. Уменьшение ширины тензорезистора возможно за счет сокращения расстояния между отдельными проволочками.

Однако чрезмерное уменьшение этого расстояния приводит к температурному воздействию одной стороны петли тензорезистора на другую, что требует снижения допустимого тока, и, кроме того, ограничено технологическими возможностями намотки тензорезистора. Практически расстояние между проволоками выбирают в 10-20 раз больше диаметра проволоки. Базу тензорезистора можно рассчитать следующим образом.

Если расстояние между проволочками равно t, а отношение базы тензорезистора к его ширине , тогда число витков тензорезистора

(1)

, где - длина тензопроволоки

R - сопротивление тензорезистора,

d - диметр проволоки,

- удельное сопротивление тензопроволоки.

Ширина тензоризистора может быть выражена через число витков и шаг намотки следующим образом

Из уравнения один

И соответственно

Дата добавления: 2014-01-15