Практически общая ширина

окон датчика для измерения уси- Рисунок 3 – Форма сердечника лий сжатия от долей до несколь- магнитоупругого преобразователя ких десятков тонн, составляет 30–

60% от ширины опорной поверхности.

Верхнюю и нижнюю перемычки магнитопровода рекомендуется выбирать равными половине длины стержней

c ≈ 0,5lст

(17)

При таком соотношении геометрических размеров чувствительность преобразователя максимальна. Кроме того, наиболее рациональной считается конструкция, у которой lст/b = (1¸3).

Иногда сердечник выполняют в виде полого цилиндра с отношением (D-d)/D>0,2,гдеD иd– внешний и внутренний диаметры соответственно. Для ограничения возникновения поперечных механических напряжений, приводящих к нелинейности преобразования, в нем делают продольные проточки, превращающие его в ряд жестко связанных между собой стержней.

Дальнейший расчет сводится к расчету магнитной цепи и параметров намагничивающей обмотки и полностью совпадает с методикой, изложенной в работе [5].

Статическую характеристику преобразователя рассчитывают, используя выражение

18)

где F– намагничивающая сила обмотки;

U– напряжение питания преобразователя;

l_стS– суммарная длина стержней;

s_доп– допустимое механическое напряжение материала;

F_изм– измеряемое усилие.

ВИДЫ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ДАТЧИКАХ СИЛЫ

Входной величиной упругого элемента в данном случае является сила, а выходной – перемещение (линейное или угловое) или деформация, выраженная в относительных или абсолютных единицах, причем под перемещением в данном случае следует понимать прогибы характерных точек упругого элемента в направлении, задаваемым направлением действия нагрузки. Обычно это направление, совпадающее с направлением действия силы, либо перпендикулярное ему.

Под деформацией понимается перемещение точек, лежащих на поверхности упругого элемента. Поэтому упругие элементы, как преобразователи механического сигнала целесообразно разделять на преобразователи ''сила – перемещение'' и преобразователи ''сила – деформация''. Такое деление упругих элементов целесообразно еще и потому, что ''вход – выход'' определяет чувствительность преобразователя, его конструктивное оформление, а также метод предыдущего и последующего преобразования.

Так, например, если выходной величиной упругого элемента является деформация, то это предполагает, как правило, использование различного рода тензорезистивных преобразователей; если перемещение, то индуктивных, емкостных или реостатных преобразователей.

В качестве преобразователей силы используются упругие элементы в виде сплошных и полых стержней (рисунок 4а,б), колец постоянного и переменного сечения (рисунок 4в,г), балок равного сечения и равного сопротивления (рисунок 4д,е), специальных стержневых упругих элементов (рисунок 4ж).

Рисунок 4 – Виды упругих элементов

СТЕРЖНЕВОЙ УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ

Из упругих элементов, входной величиной которых является сила, наибольшее распространение получили стержни. Достоинство стержневых упругих элементов заключается в простоте изготовления.

Для таких элементов легко достигаются высокие классы точности выполнения геометрических размеров, чистоты обработки поверхностей.

Одним из недостатков такого упругого элемента является малая величина перемещения, поэтому их применяют только в тензорезисторных датчиках, где величина возникающей деформации оказывается вполне приемлемой. Такие упругие элементы применяют в датчиках силы с пределами измерений более 500Н.

Связь между силой и продольной деформацией в таком упругом элементе

(19)

где ε_l– относительная продольная деформация стержня;

S_ст– площадь поперечного сечения стержня;

F– сила, приложенная к стержню.

Выражение (19) показывает, что продольная деформация стержня определяется приложенным усилием и не зависит от длины стержня.

Связь между силой и поперечной деформацией стержня определяется выражением

(20)

где ε_d– относительная поперечная деформация стержня;

μ– коэффициент Пуассона.

В этом случае относительная деформация также постоянна по длине образующей поверхности стержня.

В общем случае, при разработке датчика могут быть использованы как продольная и поперечная деформации, так и комбинация этих деформаций. Для учета изменения чувствительности в зависимости от использования в работе стержня той или иной деформации или их комбинации вводят понятие конструктивного коэффициента чувствительности. Этот коэффициент равен 1, если используется только продольная деформация (тензорезистор установлен вдоль образующей стержня), или коэффициенту Пуассона, если используется только поперечная деформация (тензорезистор установлен поперек образующей стержня). Если же используются и тот и другой виды деформации (тензорезистор установлен под углом к образующей стержня), то значение конструктивного коэффициента находится из выражения

Bст=Cosα+μSinα,

(21)

где α– угол установки тензорезистора относительно образующей стержня.

В соответствии с изложенным, общее выражение функции преобразования стержня может быть представлено в следующем виде:

(22)

В случае, если выходной величиной стержневого упругого преобразователя является перемещение точки приложения силы в направлении ее действия, то функция преобразования

(23)

где δ – перемещение торца упругого элемента;

l – длина упругого элемента.

Другой важной характеристикой любого элемента является его собственная частота колебаний. для стержневого упругого элемента

,

(24)

где ρ– плотность материала.

Формулы (22), (23) и (24) являются основными при расчете стержневых упругих элементов.

КОЛЬЦЕВОЙ УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ

В датчиках силы широко применяют кольцевые упругие элементы, которые по сравнению со стержневыми имеют ряд преимуществ.

Во-первых, перемещение подвижной части упругого элемента существенно больше, чем у стержня. Поэтому их применяют с емкостными, индуктивными и другими преобразователями, где требуется значительное перемещение упругого элемента.

Во-вторых, кольцевые упругие преобразователи имеют более высокую чувствительность и поэтому их применяют для измерения силы до 10Н. Практически верхним пределом измерения силы кольцевых упругих элементов следует считать 5000Н. Однако выполнение кольцевых элементов на высокие пределы измерения нецелесообразно, так как приводит к неоправданному увеличению размеров и массы датчика.

Связь между силой и относительной деформацией поверхностных слоев материала упругого элемента для наружных слоев имеет вид

(25)

а для внутренних

(26)

где r_{0 –} средний радиус кольца;

b– ширина кольца;

φ– угол сечения;

h– толщина кольца;

E– модуль упругости материала.

Выражения (25) и (26) являются функцией преобразования приложенного к кольцу усилия в относительную деформацию наружных и внутренних слоев материала кольца соответственно.

В обоих случаях величина относительной деформации определяется некоторым коэффициентом, зависящим от положения сечения и называемым коэффициентом чувствительности кольца.

Для наружной и внутренней поверхностей его значения определяются из выражений

(27)

(28)

Распределение значений конструктивного коэффициента чувствительности в зависимости от углаφ представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 –Распределение значений конструктивного коэффициента в зависимости от угла φ

Как видно из рисунка коэффициенты B_нар.иB_вн. отличаются между собой только знаком, равны нулю приφ = 50⁰20΄ и достигают максимума приφ= 0 иφ=π/2 (для первой четверти кольца). При

φ= 0;=1,09, а приφ=π/2= 1,91.

Полученные значения конструктивных коэффициентов чувствительности можно использовать лишь в том случае, когда база тензорезистора пренебрежимо мала по сравнению с размерами кольца. Практически это условие выполняется крайне редко. Чаще всего размеры упругого элемента выполняют так, чтобы база тензорезистора равнялась длине какой–либо зоны деформаций одного знака. При таком использовании деформаций кольца его чувствительность будет определяться средним значением конструктивного коэффициента.

Как видно из рисунка 5 в кольцевом упругом элементе имеется две зоны, в которых значения B_кимеют разное распределение. Первая зона ограничена угломφ₁= 0 – 50⁰20’ вторая зона – угломφ₂= 50⁰20’ – 90⁰. Вычисления средних значений при полном использовании зон деформации кольца дают значения=-0,71 и=+0,9.

Для практики разработки тензорезисторных датчиков силы представляют интерес и случаи, когда зона деформаций ''недоиспользована'' (база тензорезистора меньше величины зоны деформаций) и когда зона деформаций ''переиспользована'' (база тензорезистора больше величины зоны деформаций).

На рисунке 6 представлены зависимости среднего коэффициента чувствительности от относительного использования зоны деформаций Δφ_δ/Δφ, гдеΔφ_δ– угол, соответствующий базе тензорезистора, аΔφ– угол, внутри которого расположена зона деформации.

Для зоны φ₁ этот уголΔφ=50⁰20', а для зоныφ₂Δφ₂=39⁰40'. Криваясоответствует положению тензорезистора в зонеφ₂, а кривая– положению тензорезистора в зонеφ₁.

Если в качестве выходной величины используется перемещение, то практически интересуются только перемещениями вертикального и горизонтального диаметров. Эти перемещения определяются по формулам

Рисунок 6 – Зависимость среднего коэффициента чувствительности кольца от относительного использования зоны деформаций

(29)

(30)

Собственная частота кольцевого упругого элемента

(31)

где ρ– плотность материала.

МЕМБРАНА ПОСТОЯННОГО СЕЧЕНИЯ

Находят применение в датчиках силы и мембранные упругие элементы. Под действием приложенной силы Fв мембране возникают изгибающие моменты в радиальном и меридианальном сечениях мембраны. Под действием этих моментов возникают соответственно радиальные и и окружные деформации.

Для радиальных деформаций

(32)

а для окружных

(33)

где r – радиус мембраны;x– текущая координата радиуса;h– толщина мембраны;μ– коэффициент Пуассона.

Как видно из приведенных выражений, чувствительность мембраны определяется геометрическими размерами, модулем упругости и коэффициентом Пуассона.

Величины

(34)

(35)

называют конструктивными коэффициентами чувствительности соответственно в радиальном и окружном направлениях.

На рисунке 7 представлена зависимость средних значений конструктивных коэффициентов чувствительности иот относительного использования зоны деформацийx_δ/2Δr, гдеx_δ– длина используемой зоны деформаций; Δr– ширина зоны деформации. Для коэффициенташирина зоны деформацииΔr = x; для коэффициентаΔr = 0369xи дляΔr= 0,631x.

Рисунок 7 – Зависимость средних значений коэффициентов чувствительности мембраны от относительного использования зоны деформаций

Графики показывают, что конструктивные коэффициенты чувствительности мембраны с увеличением зоны использования уменьшаются и при полном использовании зоны составляют и

таким образом при использовании для работы окружных напряжений в мембранном упругом элементе имеется одна зона деформаций конструктивный коэффициент чувствительности в которой может иметь значения от 0 до 1,31. При использовании радиальных напряжений в мембране имеются две зоны деформаций. одна лежит в пределах x/r= 0.05¸0.369 и конструктивный коэффициент в этой зоне изменяется в пределах от нуля до 0,876. Другая зона лежит в пределахx/r= 0.369¸1.0. В этой зоне конструктивный коэффициент чувствительности может иметь отрицательные значения от нуля до –0,434.

Таким образом, функция преобразования мембраны может быть выражена в общем виде

(36)

Величина и знак B_мопределяется зоной деформации и относительной шириной использования этой зоны. Знак конструктивного коэффициента зависит также от того, какая поверхность мембраны (верхняя или нижняя) используется для работы.

При использовании в качестве выходной величины перемещения величина прогиба центра мембраны (для m= 0,3) связана с приложенной силой соотношением

(37)

Собственная частота в направлении действия силы может быть найдена из выражения

(38)

БАЛОЧНЫЕ УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Более чувствительны к силе балочные упругие элементы. По технологичности изготовления они не уступают стержневым, позволяют получить большие перемещения, а деформации растяжения и сжатия у них строго одинаковы. Однако их широкое использование ограничено двумя причинами: во-первых, большими трудностями при фиксации точки и направления приложения силы; при действии силы конец балки перемещается по дуге окружности и точка приложения силы изменяет свои координаты, что вызывает дополнительные погрешности; во-вторых, трудностями жесткой заделки второго конца балки. Балочные упругие элементы применяют в тех случаях, когда кольцевые элементы не обеспечивают заданной чувствительности, например, в датчиках силы с пределами измерения меньше 50Н.

Для упругого элемента, выполненного в виде балки равного сечения, жестко защемленной одним концом, связь между приложенной силой Fи максимальной деформацией от поверхностных напряжений определяется соотношением

(39)

где l– длина балки;h– толщина балки;S_ст.– сечение балки; E– модуль упругости материала;ε– деформация балки в заделке;F– приложенная сила.

Выражение (39) является функцией преобразования усилия в деформацию для частного случая, когда для работы используются максимальные напряжения. В этом случае чувствительность определяется конструктивным коэффициентом чувствительностиB_δравным 6. Его величина изменяется по длине балки как показано на рисунке 8.

Рисунок 8 – Зависимость среднего Рисунок 9 – Зависимость

конструктивного коэффициента среднего конструктивного ко-

чувствительности от длины балки эффициента чувствительности

от длины балки при частичном

использованиидлины балки

B_δизменяется линейно от максимального значения, в месте заделки балки, до нуля в точке приложения силы. Для каждого сечения балкиB_δможет иметь как положительное, так и отрицательное значение в зависимости от того, в каких волокнах балки верхних или нижних рассматривается деформация.

При полном использовании длины балки под установку тензорезистора или другого измерительного преобразователя среднее значение конструктивного коэффициента чувствительности B_δср.=3. Причастичном использовании длины балкиB_δср.будет изменяться в соответствии с графиком, приведенным на рисунке 9. С увеличением зоны использованияx_δ/l(x_δ– база тензорезистора)B_δср. линейно уменьшается от 6 до3.

Таким образом общее выражение функции преобразования балки равного сечения, жестко защемленной одним концом,

(40)

Очень часто в качестве выходной величины используется прогиб конца балки. В этом случае функция преобразования

(41)

где δ– прогиб конца балки.

Собственная частота защемленной балки равного сечения

(42)

При проектировании датчиков для измерения сил важное значение имеет выбор материала упругого элемента. Материал упругого преобразователя оказывает непосредственное влияние на формирование метрологических характеристик датчика и, следовательно, должен иметь стабильные характеристики в широких пределах изменения влияющих факторов.

Одной из наиболее важных характеристик материала упругого элемента является модуль упругости, определяющий его чувствительность. У всех сплавов модуль упругости зависит от температуры: с увеличением температуры он уменьшается. В этом случае необходимо выбирать материал, у которого температурная зависимость модуля упругости в заданном диапазоне температур линейна и достаточно стабильна. Это позволяет либо учесть, либо скомпенсировать температурную погрешность датчика.

На рисунке 10 представлены зависимости модуля упругости некоторых сплавов от температуры. Из рисунка видно, что практически линейно в широком диапазоне температур (-200¸+600⁰С) изменяется модуль упругости стали 36НХТЮ и бронзы БрБ2. Для этих материалов также характерна достаточно высокая стабильность модуля упругости во времени.

Рисунок 10 – Зависимость модуля упругости некоторых сплавов от температуры

Допустимый уровень рабочих нагрузок, а следовательно, и максимальная величина механического сигнала определяется пределом текучести материала. Поэтому стремление получить большую величину механического сигнала при минимальной нелинейности нагрузочной характеристики диктует выбор материала упругого элемента, обладающего достаточной величиной предела текучести. Этому требованию удовлетворяют шарикоподшипниковая сталь ШХ15, конструкционная сталь 30ХГСА, сталь 36ХНТЮ, бронза БрБ2 и ряд других металлов.

Допустимый уровень рабочих нагрузок, а следовательно, и максимальная величина механического сигнала определяется пределом текучести материала. Поэтому стремление получить большую величину механического сигнала при минимальной нелинейности нагрузочной характеристики диктует выбор материала упругого элемента, обладающего достаточной величиной предела текучести. Этому требованию удовлетворяют шарикоподшипниковая сталь ШХ15, конструкционная сталь 30ХГСА, сталь 36ХНТЮ, бронза БрБ2 и ряд других металлов. Представленные в таблице 3 материалы обеспечивают удовлетворительную линейность нагрузочной характеристики.

Таблица 3 – Характеристики конструкционных материалов

Материал	σ0,2 МПа	σв МПа	δ10 %	Е ГПа	αЕּ103 1/K	άlּ10-6 1/K	ρ Мг/м3	Область применения
Сталь ШХ15	1700	2200	15	210	-	12,0	7,8	Упругие элементы повышенной точности для нормальных условий
Сталь 30ХГСА	850	1100	-	198	-	11,0	7,85	Работа на кручение, изгиб, растяжение, сжатие
Сталь 36НХТЮ	750	1150	14	180	-0,30	28,8	7,8	Работа на кручение, сжатие, растяжение в агрессивных средах
Сталь 12Х18Н9Т	300	670	72	202	-0,36	16,6	7,9	Корпусные детали для агрессивных сред
Сталь65Г	800	1000	8	196	–	11,1	7,81	Работа на изгиб
Сплав нихромовый Н41ХТА	1250	1400		180	-0,02	8,0	7,9	Для работы при знакопеременных нагрузках
Бронза БрБ2	1260	1400	9	129	-0,24	15,8	8,23	Для изготовления упругих элементов, растяжек
Титановый сплав ОТ4-1	570	600	15	110		8,0	4,55
Титановый сплав ВТ6(С)	900	1000	10	120	-0,36	8,4	4,43	Упругие элементы повышенного быстродействия
Титановый сплав ВТ9	1030	1200	9	118	-045	8,3	4,51
АлюминийАД(АД1)	20	60	26	71		24,0	2,6	Детали малой массы
Алюминиевомагниевый сплавАМг6	160	350	15	70	-1,07	24,0	2,64	Детали малой массы и повышенной прочности
Дуралюмин Д16Т	280	400	10	72	-0,69	22,7	2,78	Упругие элементы повышенного быстродействия
Медь М1 (М2,М3)	40	240	10	–	–	16,5	8,6	Герметизирующие прокладки

Продолжение таблицы 3

Медно-никелевый сплав МНЦ15-20	140	300	–	126 (мягкий)140(твердый)	-0,40	16,6	8,7–8,8	Упругие элементы (мембраны, пружины) для высоких температур
Латунь Л63	110	380	–	105	-0,48	18,0	8,43	Инерционные массы
Латунь свинцовая ЛС59-1	14,5	39,5	–	105	–	21,0	8,65	Инерционные массы
Латунь железомарганцевая ЛЖМц59-1-1	350	450	–	106	–	22,0	8,5	Инерционные массы

РАСЧЕТ ДАТЧИКОВ СИЛЫ

Проектирование датчика силы состоит из следующих этапов:

• выбор и расчет упругого элемента;

• выбор типа и расчет тензорезистора;

• выбор и расчет измерительной цепи;

• конструкторская разработка датчика.

Тип упругого элемента определяется в первую очередь требуемой чувствительностью датчика, которое в некоторых случаях должно сочетаться с требованием высокого быстродействия.

Для нахождения в последнем случае компромиссного решения между чувствительностью и быстродействием каждый упругий элемент целесообразно характеризовать произведением чувствительности на собственную частоту:

A = Sּf0

(43)

Подстановка в это выражение собственной частоты и чувствительности дает следующее выражение:

,

(44)

где V– объем упругого элемента;

E– модуль упругости материала упругого элемента;

ρ –плотность материала;

В– конструктивный коэффициент чувствительности;

С– конструктивный коэффициент быстродействия (числовой коэффициент в выражении для собственной частоты).

Конструктивный коэффициент быстродействия для стержневого упругого элемента составляет 0,249, для кольцевого – 0,778, для мембранного – 1,54, для балочного – 0,160. Так как конструктивные коэффициенты чувствительности каждого упругого элемента известны, то их можно сравнивать между собой по величине произведения a=CB, называемого информационным коэффициентом упругого элемента. Так при максимальных значениях конструктивного коэффициента информационный коэффициент стержневого упругого элемента равен 0,25, кольцевого – 1,5, мембранного – 2, балочного – 0,96. Поэтому наиболее перспективным упругим элементом является мембранный, наименее – стержневой.

Увеличение произведения собственной частоты на чувствительность достигается уменьшением объема упругого элемента, что обеспечивается надлежащим выбором длины упругого элемента, которая используется под наклейку тензорезистора. Так для стержневого упругого элемента рабочую длину выбирают в пределах (1,2¸2)L_тр, гдеLтр– длина тензорезистора.

Рабочая длина кольцевого упругого элемента определяется углом a₀, в пределах которого деформация поверхностных волокон кольца не меняет знака, и ее выбирают в пределах (1,0¸1,2)L_тр. Уголa₀зависит от угла жесткой заделкиj₀(рисунок 11).

(45)

Поэтому, выбрав из конструктивных соображений угол жесткой заделки и рассчитав a₀, можно по заданной длине тензорезистора определить средний радиус кольца

(46) Рисунок 11 – Конструктивная схема кольцевого упругого элемента

Для мембранного упругого элемента рабочая длина определяется минимальной величиной зоны деформаций которая при использовании радиальных деформаций равна 0,369r, гдеr– радиус мембраны.

Учитывая, что мембрана должна иметь жесткий центр, принимают L_тр= 0,3¸0,35r, откудаr= (0,28¸0,33)L_тр.

Длину балочного упругого элемента следует выбирать равной (1,2¸1,5)L_тр.

Ширина выбранного тензорезистора определяет ширину кольцевого и балочного упругих элементов и минимальный радиус стержневого упругого элемента. Ширину кольца принимают равной (1,1¸1,2)b_тр, гдеb_тр– ширина тензорезистора, а ширину балки (2,2¸2,4)b_тр. Минимальный радиус стержневого упругого элемента находя по формулам

(47)

Изменением толщины упругого элемента как правило добиваются заданной чувствительности датчика. Например для стержневого упругого элемента

(48)

где d_н, d_вн, d_ср– наружный, внутренний и средний диаметры упругого элемента;h– толщина упругого элемента;U– напряжение питания измерительной цепи;n– число рабочих плеч измерительной цепи;C_z – эквивалентный коэффициент деформаций;S– коэффициент тензочувствительности тензорезистора;E– модуль упругости.

Задавшись величиной d_сриз минимальности радиуса стержневого упругого элемента, получим толщину упругого элемента в зависимости от чувствительности датчика

(49)

Толщина кольцевого упругого элемента также может быть выражена через чувствительность датчика

(50)

где b – ширина кольца;r₀– средний радиус кольца.

Для датчика силы с мембранным упругим элементом толщину мембраны рассчитывают по формуле

(51)

и для датчика с балочным упругим элементом

(52)

При этом следует обратить внимание на то что напряжение питания должно быть таким чтобы ток тензорезистора не превышал допустимого а сечение упругого элемента – такое, чтобы относительная деформация его находилась в пределах (1,0¸1,5)·10^-3. Если она оказывается за указанными пределами, то необходимо соответствующим образом изменить средний диаметр для стержневого упругого элемента ширину – для кольцевого и балочного упругих элементов.

Превышение относительной деформации в мембранном упругом элементе сверх рекомендуемой свидетельствует о нецелесообразности применения такого упругого элемента для заданного предела измерения датчика.

ТЕНЗОДАТЧИКИ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

К тензодатчикам, используемым в динамометрических измерительных устройствах, предъявляются требования повышенной точности и надежности. Характеристики тензодатчиков должны быть постоянны в пределах класса точности создаваемого измерительного устройства в течении всего времени его работы.

Чувствительность тензодатчиков должна быть постоянна во времени, и разброс ее в партии не должен быть большим, чтобы поправочные коэффициенты за счет разброса чувствительности не были сравнимы с величиной измеряемой силы.

В процессе измерения тем или иным измерительным устройством температура может изменяться. Поэтому необходимо, чтобы тензодатчик мало изменял свое сопротивление с температурой и разброс этих изменений в партии тензодатчиков был небольшим.

Высокие требования предъявляются также к ползучести тензодатчиков, так как ее трудно учесть в процессе измерения и она может вызвать большой дрейф нуля при длительном воздействии измеряемой силы и гистерезис [6].

Тензодатчики 1-П

Тензодатчики 1-П предназначены для тензометрических измерительных устройств, упругие элементы которых находятся в области температур ±60⁰С.

На рисунке 12 приведена зависимость чувствительности тензодатчиков от их базы. Из графика видно, что чувствительность тензодатчиков с уменьшением базы уменьшается, а разброс чувствительности в партии увеличивается.

Рисунок 12 – Зависимость чувствительности S и разброса чувствительности δ_S тензодатчиков 1-П от базы.

Тензодатчики 1-П изготовляются с базами 5, 7, 10, 15, 20, 25 мм и с номинальным сопротивлением 50, 100, 150, 200, 400 Ом с отклонением от номинала порядка ±5 – 10%.

Тензодатчики 1-ЭП

Тензодатчики 1-ЭП предназначены для использования в тензометрических измерительных устройствах, имеющих упругие элементы сравнительно малых размеров, на которых необходимо разместить тензодатчики с достаточным сопротивлением. Рабочая температура тензодатчиков 1-ЭП составляет ±50⁰С. Чувствите6льную решетку тензодатчиков 1-ЭП изготовляют из сплава эваном, имеющего удельное сопротивление 1,2Ом·мм²/мм.

Чувствительность Sтензодатчиков 1-ЭП и ее разброс в партии приведены в таблице 4

Таблица 4 – Чувствительность тензодатчиков 1-ЭП

Диаметр проволоки мм	База тензодатчика мм	Чувствительность S	±σs %
0.025	5 10	1.85 1.93	0.6 0.4
0.018	5	1.86	2.7

Тензодатчики 1-ЭП изготовляются с сопротивлением 50, 100, 200, 400, 800 Ом и более.

Габаритные размеры тензодатчиков 1-ЭП значительно меньше, чем тензодатчиков 1П. В таблице 5 приведены для сравнения габаритные размеры и значения сопротивления некоторых типов тензодатчиков 1-ЭП и 1-П.

Таблица 5 – Характеристики тензодатчиков 1-ЭП и 1-П

Тип тензодатчика	Диаметр проволоки мм	База мм	Номинальное сопротивление Ом	Габаритные размеры	мм
				Длина L	Ширина H
1-ЭП	0,025	5 10	190 – 220 210 – 230	8 – 9 13 – 14	5 4
	0,18 0,18 0,13	5 7 15 7	160 – 180 180 –220 2800 180 – 230	8 – 9 10 – 11 18 – 19 10 – 11	3 3 9 3
1-П	0,03	5 7 10	190 – 210 200 – 210 190 – 210	8 – 9 10 – 11 13 – 14	16 13 9
	0,02	5	200 – 220	8 – 9	6

Тензодатчики 1-В

Тензодатчики 1-В предназначены для применения в тензометрических измерительных устройствах, в которых температура упругих балок не превышает 30⁰С. Чувствительную решетку тензодатчика изготовляют из отожженной константановой проволоки. Чувствительность тензодатчиков 1-В с базой 10 мм равна 2,05. Все остальные характеристики не отличаются от характеристик тензодатчика 1-П, так как в них используется та же проволока и в основном те же связующие, что и в тензодатчиках 1-П.

ТЕНЗОДАТЧИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ

ВЫХОДНОГО СИГНАЛА

Одной из важных задач современной тензометрии и динамометрии является повышение выходного сигнала измерительной схемы, в которую включен датчи (как правило, это мостовая схема). Это может быть достигнуто применением тензодатчиков с высокой чувствительностью. К таким тензодатчикам относятся тензодатчики из металлической фольги и полупроводниковых материалов.

Тензодатчики ФК

Тензодатчики ФК предназначены для измерения статических и динамических деформаций. Они применяются для динамометрических устройств в комплекте с усилительной аппаратурой и без усилителей.

Тензодатчики ФК могут применяться при температурах не выше 100⁰С.

Чувствительную решетку тензодатчиков изготовляют из константановой фольги толщиной 5 – 10 мкм. Тензодатчики ФК выпускаются с различными базами от 2 до 5 мм (малобазные) и от 7 до 25 мм. В зависимости от формы чувствительной решетки они могут быть прямоугольными, круглыми и др. Номинальное сопротивление тензодатчиков зависит от толщины константановой фольги, числа и ширины нитей чувствительной решетки и лежит в пределах 15 – 300 Ом.

Тензодатчики ФК-Ц

Тензодатчики ФК-Ц предназначены для измерения статических и динамических деформаций в схемах, не требующих усилительной аппаратуры. Рабочие температуры тензодатчиков ФК-Ц находятся в интервале температур от20 до 250⁰С. Чувствительную решетку изготовляют из константановой фольги толщиной 5– 10 мкм.

В таблице 6 приведены средние в партии значения чувствительности при различных токах питания.

Тензодатчики ФК-Ц, как и тензодатчики ФК изготовляются с различными базами от 5 до 20 мм. В зависимости от формы чувствительной решетки они могут быть прямоугольными, круглыми и др. Номинальное сопротивление тензодатчиков зависит от толщины константановой фольги, числа и ширины нитей и лежит в пределах 30 – 300 Ом.

I,ma	S
60	2,22
100	2,22
200	2,22
300	2,22
400	2,22
450	2,23
500	2,23
550	2,24
600	2,24
60	2,22

Таблица 6

Тензодатчики НВ

Тензодатчики НВ предназначены для исследования быстропротекающих процессов при температуре 20⁰С в различных измерительных устройствах.

В качестве чувствительного элемента тензодатчиков НВ используется нанесенная методом испарения и конденсации в вакууме висмутовая пленка толщиной 0,0005 – 0,0007 мм.

В таблице 7 приведены средние в партии величины чувствительности Sпри растяжении и сжатии для тензодатчиков НВ, наклеенных лаком ВЛ-6 и клеем ВК-9, а в таблице 8 приведены средние значения сопротивления нескольких партий тензодатчиков НВ и среднеквадратичные отклоненияσ_RсопротивленияRотдельных тензодатчиков от среднего значения в партии.

Таблица 7 Таблица 8

Клей для приклейки	Растяжение	сжатие
	S
ВЛ-6	19,1	19,5
ВК-9	16,6	17,1

Число датчиков в партии	СопротивлениеR Ом	σR %
18
18
18
18
17
18
17
17

Тензодатчики КМ

Тензодатчики КМ предназначены для измерения малых деформаций и перемещений при динамических испытаниях конструкций в условиях комнатной температуры. Они используются также в измерительных устройствах.

Чувствительный элемент тензодатчика изготовляют из монокристаллического кремния р-типа.Тензодатчики КМ выпускают двух конфигураций: стержневые КМ-1 с длиной базы 10 мм (КМ-1-10) и 5 мм (КМ-1-5) и П-образные КМ-2 с длиной базы 4 мм (КМ-2-4) и 2 мм (КМ-2-2).

Среднее значение чувствительности тензодатчика КМ-1 при ε=1·10^-4составляет 122,0, у тензодатчиков КМ-2 среднее значение чувствительности несколько ниже и равно 100 (КМ-2-4) и 95 (КМ-2-2). Величина сопротивления тензодатчика определяется его геометрией и лежит в пределах 120 – 130 Ом.

ЛИТЕРАТУРА

1. П. ред. проф. П.В.Новицкого Электрические измерения неэлектрических величин Л.,''Энергия'' 1975

2. А.М.Туричин Электрические измерения неэлектрических величин Госэнергоиздат М., Л., 1959

3. Е.С.Левшина, П.В.Новицкий Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи Л., Энергоатомиздат, 1983

4. П. ред. Е.П.Осадчего Проектирование датчиков для измерения механических величин М.,Машиностроение, 1979

5. Б.А.Добнер Основы проектирования и расчета индуктивных датчиков линейных перемещений, Учебно-методическое пособие , Изд Невинномысского технологического института Сев.Кав ГТУ, 2003

6. Н.П.Клокова, В.Ф.Лукашник, Л.М.Воробьева, А.В.Волчек Тензодатчики для экспериментальных исследований, М., ''Машиностроение'', 1972

43