Тензометрические преобразователи

Принцип действия тензометрических преобразователей основан на измере­нии электрического сопротивления проводящего материала при его механической деформации.

Известно, что сопротивление проводника связано с удельным электрическим сопротивлением р материала, длиной / и площадью поперечного сечения S этого

проводника зависимостью

При изготовлении и монтаже тензопреобразователи имеют такие форму и способ крепления на чувствительном элементе, при которых изменение сопро­тивления R определялось бы в основном изменением длины.

Тензопреобразователи выполняют из металлической проволоки, фольги или полупроводников. В качестве материалов для изготовления проволочных и фоль­говых преобразователей чаще всего используется константан (сплав меди и Hieля), полупроводниковых - кремний и германий.

Основной характеристикой тензопреобразователей является коэффициент тензочувствительности, определяемый как отношение относительного изменения сопротивления к относительному изменению длины проводника

Для проволочных и фольговых преобразователей коэффициент лежит в пределах 0,5-5, для полупроводниковых 50-100.

Преобразователь с так называемой плоской решеткой имеет подложку 3 (рис. 7.2, а) из тонкой бумаги, на которую наклеена плоская решетка 2 из тензочувствительной проволоки. К концам проволоки присоединены выводы 1 из медного провода. Сверху преобразователь покрыт слоем лака 4. Такие преобразователи имеют измерительную длину (базу) 3-20 мм, а их начальное сопротивление 20- 500 Ом.

Фольговые тензопреобразователи (рис. 7.2, б) представляют собой наклеен­ную на подложку тензочувствительную решетку, вытравленную из константановой фольги толщиной 0,01-0,02 мм.

Полупроводниковые тензопреобразователи изготавливаются в виде пластин кремния 1 (рис. 7.2, в), на концы которой наносят контактный слой 2 и присоеди­няют выводы 3.

К преимуществам таких преобразователей относятся высокая чувствительномонолитно соединенные в схему одинарного моста полупроводниковые тензорезисторы Rl, R2, R3 и R4 (рис. 7.2, г); размеры таких преобразователей - 2-6 мм при толщине 20-25 мкм. Мостовая тензорезисторная структура в виде квадрата является универсальной для упругих элементов, используемых в мембранных приборах давления (Сапфир, Метран и т.п). Преобразователи, выполненные на основе мостовых тензорезисторных структур являются наиболее точными (их по­грешность не превышает 0,1%).

Рис. 7.2. Тензорезисторные преобразователи

Тензопреобразователи наклеиваются на чувствительный элемент, при де­формации которого изменяются размеры, а следовательно, и электрическое со­противление преобразователя. В мостовых тензорезисторных структурах выход­ной сигнал получают в виде напряжения, которое в дальнейшем усиливается и преобразуется в сигнал постоянного тока, пропорциональный измеренному пара­метру.