ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Они представляют собой проводник, изменяющий своё сопротивление при деформации сжатия-растяжения проводника. При деформации проводника изменяется его длина l и площадь поперечного сечения S.

Деформация кристаллической решетки приводит к изменению удельного сопротивления и в целом к изменению сопротивления проводника:

                                            (12.1)

В настоящее время находят применение проводниковые (фольговые, проволочные и плёночные) и полупроводниковые тензорезисторы.

Наилучшим отечественным материалом для проводниковых тензорезисторов, используемых при температурах ниже 180⁰С, является константан.

Зависимость R от относительной деформации e с достаточной точностью можно описать уравнением:

,                                (12.2)

где R – сопротивление тензорезистора без деформации; q_T – тензочувствительность материала; e – относительная деформация балки с наклеенным тензорезистором.

У константана тензочувствительность q_T=2,0 – 2,1 и нелинейность функции преобразования не превышает 1%.

Фольговые тензорезисторы представляют собой тонкую лаковую плёнку, на которую наносится фольговая тензочувствительная решётка из константана толщиной 4 – 12 мкм. Эти тензорезисторы нечувствительны к поперечной деформации вследствие малого сопротивления перемычек, соединяющих тензочувствительные элементы. Проволочные тензорезисторы имеют аналогичное устройство, но у них решётка выполняется из проволоки толщиной 20 – 50 мкм.

Тензорезисторы имеют длину 5 – 20 мм и ширину 3 – 10 мм. Их номинальное сопротивление равно 50, 100, 200, 400 и 800 Ом (ГОСТ 21616 – 76).

Полупроводниковые тензорезисторы представляют собой пластинку из монокристалла кремния или германия длиной 5 – 10 мм и шириной 0,2 – 0,8 мм. К торцам пластинки приваривают выводные проводники. Их номинальное сопротивление лежит в пределах 50 – 800 Ом.

Чувствительность полупроводниковых тензорезисторных преобразователей может быть как положительной, так и отрицательной и лежит в пределах q_T =55 – 130. Их тензочувствительность q_T сильно зависит от температуры.

12.1. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Наиболее часто тензорезисторные преобразователи включаются в схему неравновесного моста (рис. 12.1.). При этом, если сопротивление нагрузки R_н велико (режим холостого хода), то выходное напряжение моста будет:

 .                      (12.3)

Рис. 12.1. Тензоризисторные преобразователи, включенные
в схему неравновесного моста.

При отсутствии измерительной деформации сопротивления тензорезисторов R₁ и R₂ равны между собой и равны их номинальным значениям, то есть: R₁₀=R₂₀=R₀.

В качестве R₃, R₄ используются обычные балластные резисторы, которые выбирают равными(R₃=R₄).

В случае деформации чувственного элемента с наклеенным тензоризистором e ¹0 и R₁¹R₂, при этом на выходе моста формируется напряжение:

.                                      (12.4)

Мостовая схема является разновидностью дифференциальной и следовательно в ней могут появляться аддитивные погрешности.

При этом, так как R₁=R₀+∆ R, R₂=R₀ – ∆ R, то:

; .                           (12.5)

При дифференциальной схеме включения тензорезисторных преобразователей в мостовую схему выходное напряжение (U _х) и чувствительность (S _х) в режиме холостого хода увеличиваются вдвое.

Выходное напряжение тензорезисторного моста обычно не превышают 10 – 20 мВ, поэтому для усиления сигналов используются усилители.