Тензорезистор

Чувствительным элементом тензорезистора (тензодатчика) является металлический проводник, наклеенный на массивную деталь, подвергающуюся механической деформации. По изменению сопротивления тензорезистора в зависимости от прикладываемого усилия судят об измеряемом параметре.

Рис. 1. Схемы электрических динамометров: а — контактный; б-угольный; в, г — полупроводниковые; д — металлический; е — резонансный; ж — индуктивный; з — емкостный; и — пьезоэлектрический; к, л — магнитоупругие; м — с силовым уравновешиванием.

Наиболее подходящими материалами тензорезисторов являются сплавы константан, манганин, нихром, хромель, имеющиемалый температурный коэффициент сопротивления. На практике находят применение проволочные, фольговые, пленочные, металлические преобразователи, а также преобразователи из монокристаллов полупроводников кремния, германия, арсенида галлия и др.

Преимущества

Ценным свойством полупроводниковых преобразователей является большое значение коэффициента тензочувствительности (от -200 до +850 °С) при малых базах (до 2,5 мм).

Тензорезисторы являются преобразователями разового действия, так как они наклеиваются на деталь и не могут быть сняты без повреждения.

Простота конструкции и малые габаритные размеры тензорезисторов позволяют их использовать в труднодоступных местах различных машин и механизмов для определения деформаций.

Принцип действия

Принцип действия магнитно-анизотропных преобразователей основан на изменении магнитных свойств (магнитной анизотропии) ферромагнитных материалов при их деформации под воздействием механических усилий. Этими свойствами обладают сплавы железа с алюминием, кобальтом, хромом и никелем.

Использование пьезоэлектрических преобразователей в пьезоэлектрических динамометрах не требует наличия упругих элементов в конструкции устройств. Измеряемое усилие непосредственно воспринимается пьезоэлектрическим элементом, выполненным в виде плоских пластин. Особенность этого типа динамометров — невозможность измерения статических и медленноменяющихся сил. Вследствие этого пьезометрические динамометры получили ограниченное распространение.

Частотные динамометры и тензометры в последние годы получают все более широкое распространение, особенно в связи с внедрением в практику измерений ЭВМ, и в первую очередь микропроцессоров.

В частотных динамометрах получили распространение механические резонаторы, выполненные в виде струны, стержня, пластины или цилиндрического элемента.

На рис. 2, б показана конструкция пьезоэлектрического частотного динамометра. Он содержит резонатор 4 в виде кварцевой пластины с металлизированными обкладками 1 и 2, зажатый по периметру между обоймами 3 и 5. При приложении усилия F вдоль блока изменяется толщина пластины, что приводит к изменению ее резонансной частоты.

Динамометры и тензометры с частотным выходом подключаются к вторичным приборам, в которых используются цифровые частотомеры и пересчетные устройства.

В третьей группе динамометров (1, м) измеряемая сила уравновешивается электромагнитной или электростатической силой, формируемой на основе сигнала, пропорционального измеряемой силе. В этих приборах достигается полное уравновешивание и упругий элемент практически не деформируется. Они применяются для измерения малых и средних сил в диапазоне 10″4… 10 Н с погрешностью измерения 0,025…0,06%.

Моментомеры

Принцип действия моментомеров основан на измерении деформации кручения вала, передающего крутящий момент. Моментомеры можно классифицировать на группы: с предварительным преобразованием в угловое перемещение, с непосредственным преобразованием. Деформацию можно измерять посредством тензорезисторного, индуктивного, магнитоупругого, струнного и других преобразователей. Диапазон измерения моментов для тензорезисторного и магнитоупругих моментомеров находится в пределах 10… 10³ Н-м, для струнных — 0…5·10 Н-м, для индуктивных — 10^-1…10^-5 Н-м с погрешностью измерений 0,2… 1%.