Резистивные преобразователи

Резистивные измерительные преобразователи подразделяются на реостатные и тензочувствительные.

Реостатным преобразователем называют реостат, движок которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины.

Входной величиной реостатного преобразователя является угловое или линейное перемещение движка, к которому должна быть сведена измеряемая величина. Выходной величиной является активное сопротивление, распределенное линейно или по угловому закону движения этого движка.

Устройство реостатного преобразователя показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Устройство реостатного преобразователя

На корпус 1 из изоляционного материала намотана с равномерным шагом проволока 2. Изоляция проволоки на верхней грани каркаса защищается, и по металлу перемещается щетка 3. Добавочная щетка 4 скользит по токосъемному кольцу 5. Обе щетки изолированы от приводного валика 6. В качестве материала провода для реостатных преобразователей применяют манганин, константан или фехраль. В ответственных случаях используют платиноиридиевую проволоку (90% Pt + 10% Ir). Диаметр проволоки равен 0,03 мм. Это позволяет изготавливать малогабаритные высокоомные преобразователи (весом 10-12 г при размерах 1×2 см). Основные материалы, применяемые для намотки реостатных преобразователей, и их свойства приведены в табл. 2.1.

Провод реостата должен быть покрыт эмалью или слоем окислов,изолирующих соседние витки друг от друга. Место движения щетки по виткам зачищается и полируется. Щетки выполняются из того же материала, что и реостат, либо в виде пластин из серебра или фосфористой бронзы. Каркас реостатного преобразователя выполняется из текстолита или пластмассы. Применяют такие каркасы из алюминия, покрытого изоляционным лаком или оксидной пленкой слоем 10 мкм, обладающей изоляционными свойствами. Погрешность реостатных преобразователей зависит от числа витков W:

т. е. с увеличением числа витков погрешность уменьшается.

Число витков выбирают равным W=100÷200 витков. Габариты преобразователя определяются с учетом значения измеряемого перемещения, сопротивления обмотки и мощности, выделяемой в обмотке.

Измерительными цепями для реостатных преобразователей служат мостовые и компенсационные цепи следящего уравновешивания. Реостатные преобразователи применяются для измерения угловых и линейных перемещений величин, которые могут быть преобразованы в эти перемещения. В качестве примера использования реостатного преобразователя для измерения неэлектрической величины рассмотрим устройство электрического бензинометра.

Тензочувствительные преобразователи(тензосопротивления).

В основу работы тензосопротивлений положен тензоэффект, заключающийся в изменении активного сопротивления проводника (полупроводника) под действием вызываемого в нем механического напряжения и деформации. Существуют проволочные, фольговые и пленочные тензосопротивления. Конструкция проволочного тензосопротивления представлена на рис. 2.3. На полоску тонкой и прочной бумаги 1 наклеивают уложенную зигзагообразно тонкую (0,02-0,05 мм) константановую, нихромовую или другую высокоомную проволоку 2. К ее концам припаивают выводы 3 из полосок фольги, которые используются для включения преобразователя в измерительную цепь. Сверху проволоки наклеивают бумагу. Проволочный преобразователь с помощью специального клея наклеивается на испытываемую деталь. При деформации поверхностного слоя детали преобразователь тоже деформируется и изменяет свое сопротивление. Измерительной базой преобразователя является расстояние l.

Промышленностью выпускаются тензосопротивления с l=0,5÷ 150 мм и

сопротивлением r=50÷500 Ом. Отношение l/h равно 0,5.

Рис. 1.2 Тензочувствительный проволочный преобразователь

Основной характеристикой применяемых в тензосопротивляемых материалах является тензочувствительность.

где R и l – соответственно сопротивление и длина тензочувствительного элемента.

Основным требованием к материалу тензосопротивлений является возможно большее значение S. В настоящее время широко применяются фольговые и пленочные тензосопротивления. Фольговые преобразователи изготавливаются из фольги толщиной 4-12 мкм, на которой часть металла выбирается травлением, а оставшаяся часть образует решетку в виде готового тензосопротивления (рис. 1.3).

Тензопреобразователи включаются в цепь делителя напряжения или

мостовую цепь. Погрешность приборов с тензопреобразователями зависит от способа градуировки. При сравнительной градуировке погрешность преобразователя достигает 1,5%, а с учетом всех погрешностей (цепи, приборов и так далее) – 10-15%. При непосредственной градуировке и при возможности установки нуля перед каждым измерением погрешность может быть снижена до 0,2-0,5%.

Рис.1.3. Фольговые преобразователи: а – для измерений линейных деформаций; б – наклеиваемый на мембрану для измерения давления: 1 – подгонные петли; 2 – витки, чувствительные к усилиям, растягивающим мембрану; 3 – витки, чувствительные к сжимающим усилиям; в – наклеиваемый на мембрану для измерения крутящих моментов.

Тензосопротивления используются в приборах для измерения деформаций неэлектрических величин: усилия, давления, моментов и так далее. Для примера рассмотрим устройство прибора для измерения давления (манометр) с использованием проволочных тензосопротивлений (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Манометр с тензометрическим преобразователем

Схема состоит из измерительного преобразователя – стального цилиндра с наклеенными тензосопротивлениями Rp и Rk, включенными в мостовую схему усилителя с миллиамперметром на выходе.