Многослойная

Планарная

В планарной розетке количество датчиков не ограничено, а в многослойной розетке используется не более 7 датчиков. Наклеиваемые проволочные тензодатчики имеют небольшую площадь поверхности, что уменьшает токи утечки при работе на высоких температурах и высоких напряжениях.

Если малая площадь поверхности не требуется, то современные датчики изготавливаются из фольги и имеют большую площадь поверхности к поперечному сечению. Поэтому такие датчики более стабильны в течении длительных периодов времени. Наклеиваемые тензодатчики выпускаются в пяти различных номиналах сопротивления: 120, 350, 500, 1000, 5000 [Ом]. Это обеспечивает их согласование со стандартными мостами, источниками питания и измерительными системами.

Фольговые Тензодатчики.

Тензодатчики из металлической фольги изготавливаются фототравлением тонких слоев толщиной 0,0005 см из отожженного металла. Концы петель имеют увеличенную площадь поперечного сечения, чтобы снизить эффект нежелательной поперечной деформации. Металлическая фольга может быть наклеена на постоянный или временный держатель. В другом варианте датчик может быть сформирован путем нанесения слоя металла с последующим фототравлением непосредственно на деталь, деформация которого измеряется. Фольговый тензодатчик более прочный, чем проволочный. Обладает отличной линейностью и малым гистерезисом. Он имеет меньшую чувствительность, чем кремниевый датчик, но лучше противостоит ударным вибрациям и перепадам температуры. Чтобы уменьшить влияние температурных эффектов, обычно используют два одинаковых датчика в соседних плечах измерительного моста. Оба датчика находятся при одинаковой температуре, но только один из них подвергается действию силы (механического удара).

На рис. Показан тензодатчик, используемый в акселерометре. Отклонение груза приводит к деформации консоли, которая измеряется тензодатчиком. Для большей чувствительности могут быть используются два датчика. Один монтируется над консолью, а второй под консолью, датчики присоединяются к противоположным плечам измерительного моста.

Полупроводниковые тензодатчики.

Изготавливаются из кремниевых кристаллов, нарезанных в виде волокна. Применяются, как наклеиваемая, так и диффузионная конструкция.

Наклеиваемый полупроводниковый датчик подобен металлическому датчику и дает на выходе 15 мВ на 1 В возбуждения.

Диффузионный полупроводниковый датчик изготавливается путем диффузии материалов датчика в поверхность диафрагмы или любого другого силового элемента. Подобный датчик имеет высокую линейность характеристики и меньший гистерезис, чем наклеиваемые типы. Но уровень его выходного сигнала несколько ниже и составляет около 10 мВ на 1 В возбуждения.

L – активная длина полупроводникового тензодатчика

Полупроводниковый тензодатчик много чувствительнее металлических тензодатчиков, но менее линеен и имеет более высокую температурную чувствительность, поэтому схема их включения предусматривает использование компенсационных температурных цепей.

Емкостные преобразователи.

(конструкцию датчика разобрать самому)

с – емкость конденсатора, образованного параллельными пластинами;

- диэлектрическая проницаемость вакуума;

- диэлектрическая проницаемость материала;

n – число пластин;

A – площадь одной стороны пластины;

d – толщина диэлектрика;

Емкостные преобразователи работают на трех основных принципах: раздвижение пластин, изменение их эффективной площади или диэлектрической проницаемости под действием измеряемой величины. При этом емкость конденсатора изменяется, что и фиксируется.

а)

б)

в)

Случай а) переменные пластины с переменным расстоянием.

Случай б) параллельные пластины с изменяемым перекрытием;

Случай в) параллельные пластины с перемещаемым диэлектриком.

Для случая а) максимальная чувствительность имеет место, когда пластины близки друг к другу, поэтому предпочтительно использовать большие пластины с малым расстоянием между ними, однако расстояние обычно выбирают не менее 100 мкм. Это связано с тем, что пластины могут быть не плоскими и не параллельными, следовательно, существует опасность соприкосновения. Также преобразователи используются для точных измерений малых величин.

Для случая б) эффективная площадь пластин изменяется путем изменения их частичного перекрытия. Емкостная зависимость при этом линейна на всем рабочем диапазоне. Эти датчики рекомендуется использовать для измерения больших смещений.

Для случая в), варьируя диэлектрическую проницаемость, мы изменяем количество диэлектрика между пластинами. В этом случае мы также получаем линейную зависимость и можем использовать подобные датчики для измерения относительно больших смещений. Этот тип датчиков относится к самым малочувствительным.

Для получения выходного сигнала переменный емкостный преобразователь подключают в цепь постоянного тока со смещением или в мост переменного тока. Изменения емкости достаточно малы и составляют порядка нескольких пФ. Но современные измерительные мосты обладают чувствительностью ≈ 10^-5 пФ. Емкостные преобразователи имеют отличную частотную характеристику и могут применяться для статических и динамических измерений. Однако эти датчики очень чувствительны к температурным колебаниям. Кроме того выдают неправильный сигнал, если соединительные провода достаточно длинны и имеют заметную емкость.

На рисунке приведен емкостной акселерометр, в котором сейсмическая (свободная) масса, она же пластина-груз двигается относительно неподвижной пластины, что изменяет расстояние между двумя пластинами конденсатора и приводит к колебаниям емкости.