Тензодатчики

Тензодатчиком (тензорезистором) называется датчик специальной конструкции, предназначенный для измерения статических или динамических деформаций в деталях и преобразующий эти деформации в изменение активного сопротивления. В основу работы тензодатчиков положено свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление под действием силы, приложенной к ним.

В настоящее время широко применяются проволочные, фольговые и полупроводниковые тензодатчики.

Основным элементом проволочного тензодатчика является константановая проволока диаметром 0,015 – 0,05 мм, сложенная в виде петлеобразной решетки между двумя склеенными полосками тонкой бумаги или пленки. Датчик через специальную бумагу приклеивается к детали , деформацию которой нужно измерить.

База

При действии деформации, например при растяжении (сплошная стрелка), вместе с деталью будет растягиваться и проволока. При этом ее длина L увеличится, а сечение S уменьшится. За счет этого сопротивление проволоки

увеличивается. Это сопротивление является выходной величиной датчика.

Если деформация будет действовать в направлении пунктирной стрелки, то проволока на изгибах будет еще больше изгибаться. При этом ни длина, ни толщина проволоки практически не изменяются. Значит, не будет изменяться и сопротивление датчика. Деформации такого направления датчик не измеряет.

Относительное изменение сопротивления тензодатчика:

,

где К – коэффициент относительной чувствительности (в пределах упругой деформации проволоки величина постоянная);

l – начальная длина деформируемой проволоки.

Для тензодатчиков используется константановая или фехралевая проволока. Тензочувствительность таких датчиков может иметь значения от 1,7 до 2,9, сопротивление составляет 50 – 2000 Ом, база – 5 – 30 мм, номинальный рабочий ток при наклейке на металлические детали – 30 мА, допустимые относительные деформации – не более 0,3 % (иначе проволока оборвется), максимальная рабочая температура составляет (для датчиков с пленочной основой).

Достоинства: простота конструкции, практически безынерционность. Недостаток - малая чувствительность (сопротивление изменяется не более чем на 0,3%).

Разработаны также фольговые и полупроводниковые тензодатчики. В фольговых тензодатчиках вместо проволоки на пленку наклеивается решетка из тонких полосок металлической фольги. Конструкции могут быть разные.

Прямая – для измерения линейных деформаций.

Розеточная – для измерения крутящихся моментов.

Мембранная – для измерения усилий, действующих на мембраны.

Полупроводниковые тензодатчики имеют перед проволочными и фольговыми тензодатчиками ряд преимуществ: значение коэффициента тензочувствительности в 60 раз выше, малые размеры (длина решетки от 3 до 10 мм), большое значение выходного сигнала.

Основным отличием является большое (до 50%) изменение сопротивления датчика при деформации и высокая чувствительность к температуре (в 10 – 20 раз больше). Номинальное сопротивление - 40 – 4000 ОМ, температурный диапазон работы – от –160 до + 300 С.

Недостатки – малая гибкость, небольшая механическая прочность, влияние освещенности, разброс параметров.