Тензорезисторы

Тензометрические методы измерения деформаций, усилий и напряжений основаны на масштабном преобразовании деформаций поверхности исследуемого объекта с помощью тензометров и тензометрических датчиков.

Наибольшее распространение в качестве тензометрических датчиков получили тензорезисторы (тензодатчики), действие которых основано на изменении электрического сопротивления металлов и полупроводников под действием деформации. Тензорезисторы могут быть выполнены в виде петлевидной решетки из тонкой проволоки или фольги, а также в качестве пластинки монокристалла из полупроводникового материала. Тензорезистор может быть образован напылением в вакууме полупроводниковой пленки и другими способами.

Основными техническими параметрами тензодатчиков являются:

а) чувствительность;

б) номинальное электрическое сопротивление;

в) максимальная рассеиваемая мощность;

г) геометрические размеры.

Проволочный тензодатчик состоит из проволоки, основания, клея и выводных проводников. При изготовлении тензодатчитов применяется проволока из константана (сплав с содержанием 60 % меди и 40 % никеля), нихрома (сплав с содержанием 65 % Ni, 20 % Fe и 15 % Сr) и др. В тензодатчиках сопротивления из фольги вместо проволоки круглого поперечного сечения используется топкая лента фольги из сплава меди с никелем.

Основание тензодатчика служит для механического закрепления проволоки и для электрической изоляции ее от детали, на которую наклеивается тензодатчик. В качестве материала для основания проволочных тензодатчиков используется: простая бумага; бумага, пропитанная фенольной смолой (бакелитом); пластмасса типа лаков; для основания фольговых датчиков - пленка из эпоксидной пластмассы. Клей предназначен для крепления проволоки к основанию тензодатчиков и тензодатчика в целом - к исследуемой детали. В отечественной практике используется карбонильный клей и клей на основе эпоксидной смолы холодного отвердения. Зарубежными исследователями применяются нитроцеллюлозные клеи, затвердевающие при нормальной температуре за счет испарения растворителя и термоотверждаемые клеи, например, на основе фенольной смолы. Выводные проводники должны обеспечить надежное присоединение к проволоке тензодатчика, обладать достаточной механической прочностью и должны быть прочно закреплены на основании тензодатчика. Присоединение измерительной проволоки тензодатчика к выводам осуществляется обычно путем пайки твердым или мягким припоем. Для предохранения проволоки от механических повреждений, ее полностью утапливают в основании датчика или закрывают полоской фетра.

На рис. 1 показаны схемы проволочных решеток тензодатчиков (а-г) и фольговый тензодатчик.

Рис. 1. Схемы тензодатчиков: а) с параллельной решеткой, б) с параллельной решеткой и перемычками, в) с плоской катушкой, г) датчик напряжения, д) фольговый тензодатчик

Тензодатчик может быть с одиночной проволокой, он состоит из одной единственной проволоки, размещенной вдоль продольной оси датчика. Такие датчики не чувствительны к удлинениям в поперечном направлении, но имеют малое сопротивление или выполняются с большой длиной базы.

Сущность технологического процесса изготовления фольговый тензодатчиков состоит в следующем: на поверхность заготовки из фольги сплава никеля с медью толщиной 0,012 мм наносится слой клея толщиной 0,05 мм, выполняющий после затвердеваний функцию основания тензодатчика, затем на поверхность фольги наносят типографским или фотографическим способом рисунок решетки требуемой формы, выполненный кислотоупорной краской или эмульсией и производят растворение свободных от краски участков фольги в кислотной ванне. В результате получается готовая решетка тензометра.

С помощью тензометров принципиально можно измерить любые физические величины, которые могут быть преобразованы в относительное удлинение.

Практически чаще всего с помощью тензодатчиков измеряют механические величины: растягивающие иди сжимающие силы, давления, моменты, обычно используют при этом упругую деформацию детали той или иной формы (месдозы).

При работе с тензометрическими датчиками измерения осуществляют обычно по схеме неуравновешенного моста.

Схемы наклейки датчиков зависят от вида деформации. На рис. 2 показаны схемы включения в мост и наклейки одного (а), двух (б) и четырех (в) датчиков при изгибе бруса.

Рис. 2.Схемы включения в мост тензодатчиков

В схеме Т_1, Т₂, Т₃, Т₄ - сопротивления датчиков; R_1, R₂, R₃ - постоянные сопротивления; r - сопротивление, используемое для настройки нуля, И - измерительный прибор, P - сила.

Применение второго датчика или двух пар датчиков приводит к повышению чувствительности моста соответственно в два раза и четыре раза. Включение второго датчика необходимо также для температурной компенсации, и компенсации не измеряемых деформаций для исключения их влияния при действии сложной деформации.

Рис. 3. Схема наклейки датчиков при измерении растяжения.

Рис. 4. Схема наклейки датчиков при измерении изгиба.

Рис. 5. Схема наклейки датчиков при измерении кручения.

Дата добавления: 2015-07-02