4) Тензорезисторы
В основе работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменение сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации.
Тензорезисторы используются по двум направлениям:
а) использование тензоэффекта проводника, находящегося в состоянии объемного сжатия, когда естественной входной величиной преобразователя является давление окружающего его газа или жидкости (по этому направлению строятся манометры для измерения высоких и низких давлений). Выходной величиной преобразователя является изменение его активного сопротивления;
б) использование тензоэффекта растягиваемого или сжимаемого тензочувствительного материала. При этом тензорезисторы применяются в виде «свободных» преобразователей и в виде наклеиваемых.
«Свободные» тензопреобразователи выполняются в виде одной или ряда проволок, закрепленных по концам между подвижной и неподвижной деталями и выполняющих одновременно роль упругого элемента. Входной величиной является малое перемещение подвижной детали.
Существуют три основные разновидности тензорезисторов:
1) тензорезисторы с металлической решеткой. Решетки тензорезситоров изготавливают либо методом фототравления из тонкой фольги (толщиной 3 – 5 мкм), либо намоткой из проволоки диаметром 15 – 25 мкм.
2) полупроводниковые тензорезисторы. Они в 50 раз более чувствительнее металлических. Их применяют очень редко, т.к. очень высокая стоимость, нелинейная характеристика и трудность в компенсации разных тепловых эффектов. По конструктивному исполнению, они похоже на металлические, однако чувствительный элемент представляет собой тонкую узкую полоску из полупроводникового материала с шириной в несколько десятых миллиметра и толщиной в несколько сотых милимметра;
3) напыленные тензорезисторы. Они равнозначны обычным тензорезисторам. Основное отличие заключается в технологии их изготовления. Технология напыления позволяет без затруднений получить высокоомные металлические решетки, они отличаются малой толщиной изолирующего слоя и решетки, и требуют очень малой поверхности для монтажа.
Рис. 3.4. Схема проволочного тензорезистора
На полоску тонкой бумаги или лаковую пленку 2 наклеивается решетка из зигзагообразно уложенной тонкой проволоки 3 диаметром 0,02 – 0,05 мм. К концам проволоки присоединяются (пайкой или сваркой) выводные медные проводники 4. Сверху преобразователь покрывается слоем лака 1. Преобразователь наклеивается на испытываемую деталь. Входной величиной является деформация поверхностного слоя детали, на которой он наклеен, а выходной – изменение сопротивления преобразователя, пропорциональное этой деформации. Измерительная база в пределах 5 – 20 мм.
Достоинства: простота, дешевизна. Недостатки: зависимость чувствительности и сопротивления преобразователя от температуры, большой разброс параметров и характеристик, одноразовое действие, трудность при наклейке, малая механическая прочность и чувствительность к поперечным деформациям, сложность градуировки. Суммарная погрешность составляет 10 –15 %.