16 Тензометрические датчики

- служат для измерения деформаций и механических напряжений в деталях машин и механизмов, давления, вибрации, ускорения, которые предварительно преобразуются в деформацию.

Работа основана на изменении активного сопротивления материала при его механической деформации. В качестве материала используются проводники (проволока, фольга, пленка)(тензорезисторы) и полупроводники. Выходной сигнал формируется за счет изменения активного сопротивления.

П

ринцип работы проволочного ТД основан на изменении активного сопротивления проволоки при ее деформации. Изменение активного сопротивления проволоки происходит при изменении геометрических размеров проволоки (длина l, сечение s), при деформации изменяется удельное сопротивление ρ материала проволоки. Активное сопротивление проволоки: Деформация провода, длиной l, радиусом r, сечением и объемом , который при деформации под влиянием силы F получает удлинение dl и уменьшение радиуса dr. Новый объем проволоки

Чувствительность проволочного тензодатчика определяем как отношение величины относительного изменения сопротивления к относительному изменению линейного размера: до 50

П

роволочный наклеиваемый ТД. На полосу тонкой прочной бумаги наклеена зигзагообразно тонкая проволока. К концам проволоки с помощью пайки присоединены выводы из медной фольги, с помощью которых датчик подключен в измерительную цепь. Сверху проволока также защищена от внешних воздействий тонкой бумагой. ТД приклеивают к испытуемой детали, благодаря чему деформацию детали воспринимает проволочная решетка. Длина детали, занимаемая проволокой, называется измерительной базой датчика L. Для того чтобы получить наибольшее изменение сопротивления датчика, его надо расположить в направлении действия деформирующего усилия, т.е. направление L должно совпадать с осью, по которой направлено усилие. Если же направления базы и усилия взаимно перпендикулярны, то деформация и изменение сопротивления очень малы. Если расположить несколько датчиков под углом друг к другу, то можно определить величину деформации, направление приложенных к детали усилий. Качество приклейка датчика к детали сильно влияет на точность и надежность работы тензодатчика.

Ф

ольговые изготовляют методом фотохимического травления. Решетка такого датчика выполняется из разных сплавов (медь с никелем, серебро с золотом), к-е обеспечивают достаточную чувствительность и имеют надежное сцепление с изоляционной основой, на к-й выполняется датчик

Пленочные изготовляют путем напыления слоя германия, теллура на эластичное изоляционное основание из слюды или кварца. Ф и П ТД имеют решетку не круглого, а прямоугольного сечения с очень большим отношением ширины к высоте. Благодаря большой площади соприкосновения токопроводящих полосок датчика с деталью обеспечиваются хорошие условия теплоотдачи. Это позволяет в несколько раз повысить плотность тока фольговых датчиков и в десятки раз — плотность тока пленочных датчиков.

Д

ля измерения механических усилий и напряжений используются угольные. Работа основана на зависимости активного сопротивления угольных (графитовых) контактов от силы контактного сжатия. Угольные диски 3 зажимаются между прижимным винтом 6 и упором 5, воспринимающим измеряемое усилие F. Давление на угольные диски 3 передается через металлические диски 7, изоляционные прокладки 4 и медные прокладки 2, имеющие выводы для включения датчика в измерительную схему.

Для измерения упругих деформаций используются УД тензолитового типа. Изготовляются они из угольного (графитового) порошка, сажи, смешанной с изолирующим лаком. Выполняются в виде стержней 1 диаметром около 1 мм с медными выводами. На контролируемую деталь наклеивают полоску изоляционной бумаги 2, а к бумаге приклеивают стержень. При деформации детали стержень деформируется. Происходит изменение плотности контакта, между частицами угля и сопротивление датчика изменяется: при сжатии — уменьшается, при растяжении— увеличивается.

Относительная чувствительность: (до 20). В полупроводниковых используются кристаллические полупроводниковые материалы. Принцип действия: изменение активного сопротивления из-за механической деформации самого проводника и изменения удельного сопротивления.