Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы)

Принцип действия термопре­образователей сопротивления (терморезисторов) основан на зависимо­сти электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры. В основе работы тензорезисторов [7] лежит явление тензоэффекта, за­ключающееся в изменении сопротивления резисторов, выполненных из проводников или полупроводников, при их механической деформации.

Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности

, (3.5)

где - относительное изменение сопротивления резистора; - относительное изменение линейного размера резистора.

В настоящее время наиболее широко используются наклеиваемые тензопреобразователи (рис.13).

Рисунок 13. Тензочувствительный преобразователь

Преобразователь представляет собой тонкую зигзагообразно уложенную и приклеенную к полоске бу­маги (подложке 1) проволоку 2 (проволочную решетку). Преобразо­ватель включается в схему с помощью привариваемых или припаивае­мых выводов 3. Преобразователь наклеивается на поверхность исследуемой детали так, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с продольной осью решетки.

Для изготовления преобразователей применяется главным образом проволока диаметром 0,02—0,05 мм из константана, имеющего коэффициент . Применяются также фольговые и пленочные тензорезисторы, габаритные размеры которых меньше габаритных размеров проволочных тензорезисторов.

Изменение температуры вызывает изменение функции преобразования тензорезисторов, что объясняется температурной зависимостью сопротивления преобразователя и различием температурных коэффици­ентов линейного расширения материала тензорезистора и исследуемой детали. Влияние температуры устраняется обычно путем применения соответствующих методов температурной компенсации.

Для измерения выходной величины тензорезисторного преобразо­вателя чаще всего применяют мостовые схемы. Тензорезисторы всех типов находят широкое применение для из­мерения деформаций, усилий, давлений, моментов и т. п.

Широкое распространение на практике получили более дешевые медные терморезисторы, имеющие линейную зависимость сопротивления от температуры:

, при , (3.6)

где

Недостатком меди является небольшое ее удельное сопротивление и легкая окисляемость при высоких температурах, вследствие чего конечный предел применения медных термометров сопротивления ограничивается температурой 180 . По стабильности и воспроизводимости характеристик медные терморезисторы уступают платиновым.

Стандартные платиновые термометры сопротивления имеют обозна­чение ТСП, а медные ТСМ. При температуре 0 сопротивления термометров равно: платиновых 1; 5; 1О; 50; 100; 500 Ом, медных 10, 50, 100 Ом.

По сравнению с металлическими тензорезисторами более высокой чувствительностью обладают полупроводниковые терморезисторы (термитсоры). Они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, значение которого при 20 составляет , т. е. на порядок больше, чем у меди и платины. Полупроводниковые терморезисторы при весьма малых размерах имеют высокие значения сопротивления (до 1МОм).

Для измерения температуры наиболее распространены полупроводниковые терморезисторы типов КМТ (смесь окислов кобальта и марганца) и ММТ (смесь окислов меди и марганца).

Термисторы имеют нелинейную функцию преобразования, которая достаточно хорошо описывается формулой

, (3.7)

где - абсолютная температура; - коэффициент, имеющий размерность сопротивления; - коэффициент, имеющий размерность температуры.

Кроме нелинейности функции преобразования, недостатком термисторов является плохая воспроизводимость характеристик, т.е. значительное отличие характеристик одного экземпляра от другого.

Дата добавления: 2014-12-16