Тензочувствительные преобразователи
К резистивным преобразователям, кроме упомянутых ранее реостатных, относятся также и тензорезисторы. Они выпускаются в широких масштабах и довольно часто используются в измерительных системах.
В основе принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации. Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности k, определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:
(7)
где:
- относительное изменение сопротивления
проводника;
-
относительное
изменение длины проводника.
В настоящее время находят применение проводниковые (фольговые, проволочные и плёночные) и полупроводниковые тензорезисторы.
Фольговые тензорезисторы (рис. 9) представляют собой тонкую лаковую плёнку, на которую нанесена фольговая тензочувствительная решетка из константана толщиной 4-12 мкм. Решётка сверху покрыта лаком. Фольговые тензорезисторы нечувствительны к поперечной деформации вследствие малого сопротивления перемычек, соединяющих тензочувствительные элементы.[8]
Рисунок 9 – Фольговый тензорезистор
Проволочный тензорезистор имеет аналогичное устройство, но его решетка выполнена из константановой проволоки толщиной 20-50 мкм. По метрологическим и эксплуатационным характеристикам проволочные преобразователи уступают фольговым.
Фольговые и проволочные тензорезисторы обычно имеют длину 5-20 мм, ширину 3-10 мм. Их номинальное сопротивление равно 50, 100, 200, 400 и 800 Ом. Параметры тензорезисторов общего назначения регламентирует ГОСТ 21612-76.
Полупроводниковые
тензорезисторы представляют собой
пластинку монокристалла кремния или
германия длиной 5-10 мм, шириной 0,2-0,8 мм.
К её торцам приварены выводные проводники.
Номинальное сопротивление лежит в
пределах 50-800 Ом. Свойства полупроводниковых
и металлических преобразователей сильно
различаются. Чувствительность
полупроводниковых преобразователей
может быть как положительной, так и
отрицательной и лежит в пределах
.
Как сопротивление, так и чувствительность
сильно зависят от температуры.
Тензорезисторы применяются для преобразования деформации деталей в изменение сопротивления. Для этого они приклеиваются к этим деталям и испытывают одинаковые с ними деформации. Отсюда следует, что тензорезисторы не подходят для измерения нашей величины, а именно линейных перемещений буксы, однако в рессорном подвешивании вагонов могут найти широкое применение, и в совместной работе с разрабатываемым преобразователем составить многофункциональную систему контроля.
Выбор преобразователя
Исходя из выше приведённого обзора наиболее предпочтительным считаем реостатный преобразователь линейных перемещений, конструкция которого приведена на рис. 5, а. Выбор данного типа преобразователя за основу обусловлен его очевидными преимуществами:
1) широкий диапазон измерительных усилий;
2) простота конструкции;
3) высокая надежность в работе;
4) минимизация габаритов преобразователя.
Первое преимущество явилось определяющим, так как остальные типы рассмотренных преобразователей либо не способны обеспечить требуемый диапазон измерений, либо с помощью их этого тяжело добиться.