Тензометричні датчики: типи, будова, принцип роботи, призначення

Тензометричні датчики є пристроями, які перетворюють деформації твердого тіла в сигнал. Це здійснюється за рахунок того, що опір приладу залежить від зміни його розмірів при розтягуванні.

Принцип дії датчика

Слід сказати, що основою датчика тиску є тензорезистор, який закріплений на особливій конструкції. Такі прилади спеціально калібрують. Здійснюється цей процес за допомогою навантаження, яка постійно збільшується. Людина при цьому вимірює величину опору.

Далі за показниками можна зрозуміти значення навантаження, а також перевірити, наскільки ефективна деформація. Такі датчики вимірюють прискорення, переміщення, силу, крутний момент, а також деякі інші дані. Навіть при створенні складної схеми навантаження на конструкцію тензорезистора зводиться до стиснення або ж натягу. Відбувається це уздовж решітки, яка називається базою.

Використання

Тензометричні датчики використовуються для того, щоб вимірювати активний опір при впливі. Саме тому вони досить популярні. Слід виділити, що існує кілька типів. Розглянемо їх.

Дротові тензорезистори

Зараз найбільш найпростішим прикладом слід назвати відрізок тонкого дроту, яку необхідно встановити на досліджуваної деталі. Опір при цьому можна підрахувати за звичайною формулою.

Разом з даною деталлю слід встановити дріт, яка буде деформуватися. При цьому потрібно змінювати геометричні розміри, тоді посилюється стиснення і також збільшується поперечний переріз. Якщо говорити про розтягуванні, то цей показник зменшиться. Саме тому опір буде міняти знак в залежності від того, яку дію виробляється. Характеристика при цьому вважається лінійною.

Враховуючи те, що тензометричний датчик має низьку чутливість, доведеться збільшити довжину дроту на одній з ділянок при здійсненні вимірювання. Для цього потрібно зробити спіраль з нитки, яка з обох сторін буде обклеєна платівкою ізоляції з лаком або папером. Для того щоб відключити пристрій від електричної ланцюга, потрібно використовувати два мідних провідники. Їх слід припаяти або приварити до дротяної спіралі, а також вони повинні бути достатньо міцними для того, щоб підключитися до схеми. Тензорезистори завжди закріплюють на пружному елементі або ж на деталі, яка приклеюється за допомогою звичайного клею.

Дивіться також:  Бренд-менеджер: посадові обов'язки і функції

Дротові тензометричні датчики мають особливі переваги. Вони отримали просту конструкцію, малі розміри, невеликий опір і також мають лінійну залежність від виду деформації.

Якщо говорити про мінуси, то слід зазначити не особливо хорошу чутливість, вплив температури, також прилад потрібно захищати від вологи і застосовувати тільки в області, де здійснюється пружна деформація.

Тензодатчики з фольги

Слід зазначити, що принцип дії датчика тиску такого типу є схожим на роботу дротяного. Тільки використовуватися в якості матеріалу буде фольга, яка робиться з титан-алюмінію, ніхрому, константана. При цьому слід зауважити, що технологія створення такого методу може дозволити отримати досить складної конфігурації ґрати, а також дасть можливість зробити весь процес максимально автоматизованим.

Якщо порівнювати з дротяними пристроями, то фольгові датчики є більш чутливими. Вони здатні пропускати величезну кількість струму, краще передавати деформацію, а також дозволяють отримати складний малюнок і робити міцні висновки.

Напівпровідникові тензодатчики

Застосування тензометричних датчиків такого типу пов’язано з тим, що вони мають чутливість у 100 разів більше, ніж у дротяних. Завдяки цьому їх встановлюють без підсилювачів.

Серед недоліків слід зауважити крихкість, залежність від температури навколишнього середовища, а також розкид параметрів.

Схеми включення датчиків

Принцип дії тензометричного датчика ми вже розглянули, тому слід сказати про те, як він підключається.

Якщо мова йде про малих електричних сигналах, то для їх вимірювання ідеально підійде мостове включення. В центрі кола слід розташувати вольтметр. Простішим прикладом використання стане тензометрическое пристрій, схема якого буде зібрана в якості електричного моста. Його потрібно підключати в одне з плечей. При цьому опір стане таким же, як і в інших резисторів, причому в ненавантаженому стані. Тоді напруга приладу буде показувати 0.

Дивіться також:  Зовнішня будова птахів - особливості, цікаві факти і приклади

Якщо говорити про принципи дії, то у такого пристрою вони полягають в тому, що величина опору стане збільшуватися або зменшуватися, повністю залежачи від того, які зусилля будуть прикладатися. Слід зауважити, що на точність показників повністю впливає температура резисторів. Якщо в інше плече буде включено аналогічне опір, який не піддається навантаженню, то воно повинно компенсувати пристосування. Однак тільки в тому випадку, коли виявляється тепловий вплив. Саме тому пристрій такого сенсора є досить вражає багатьох покупців.

Особливості

Далі необхідно сказати про те, що у вимірювальній схемі враховуються значення опору проводів, якщо вони підключені до резистору. При цьому їх вплив буде зменшуватися тільки в тому випадку, якщо додати ще один провід. Його потрібно підключити до вольтметру, або до будь-якого з висновків резистора. Якщо ж на пружний елемент наклеїти відразу два датчика, при цьому з різним навантаженням по знаку, то сигнал буде збільшено в 2 рази. Слід зауважити, що якщо використовувати чотири пристрої, то чутливість зросте. При цьому потрібно відзначити, що при підключенні дротяних тензорезисторів микроамперметры дадуть свідчення в будь-якому випадку, навіть якщо не використовувати підсилювачі. Головне — підбирати номінали опорів правильно. Для цього слід застосовувати мультиметр для того, щоб показники були повністю дорівнюють між собою.

Застосування датчиків

Те, де використовуються такі пристрої, повністю залежить від типів тензометричних датчиків. Якщо говорити про високотемпературних пристосуваннях, то вони, як правило, застосовуються на металургійних та інших підприємствах. Вимірювальні датчики, які мають пружний елемент, створюються з нержавіючої сталі для того, щоб забезпечити роботу в хімічно агресивному середовищі. Тензодатчики використовують з штампувальними пресами, а також на інших підприємствах, де необхідно проводити обробку металів.

Дивіться також:  Хімічні і фізичні властивості неметалів

Слід зауважити, що тензометричні датчики ваги використовуються для того, щоб передавати електричний сигнал на вимірювальний прилад. Працюють вони таким чином, що при зважуванні пристрій деформується, разом з ним і тензорезистори, які з’єднані в схему.

Звичайний пристрій робиться у вигляді шайби, колони або ж балки, також зустрічаються S-подібні варіанти. Якщо говорити про всіх конструкціях, то важливо, щоб вся сила прикладалася тільки в одному напрямку: або зверху вниз, або навпаки.

При цьому слід зауважити, що при важких умовах праці завдяки пристрою тензометричних датчиків можна легко знизити дія паразитних сил. Однак саме від цих характеристик повністю залежить ціна пристрою. Як правило, на такі датчики вартість становить від сотень рублів до сотень тисяч. При цьому ціна повністю залежить від конструкції, матеріалу обробки, технологій, величин, вимірюваних параметрів і так далі. Нерідко подібні пристрої використовуються в терезах.

Висновки

Якщо говорити коротко, то принцип дії таких тензодатчиків заснований на те, щоб перетворити деформацію в електричний сигнал. При цьому для кожної окремої цілі будуть використовуватися різні конструкції такого пристрою. Якщо людина вибирає тензометрическое пристосування, то потрібно заздалегідь визначати, чи є в схемах спеціальна компенсуюча сила, яка буде допомагати уникати спотворення показань як від температури, так і з-за інших впливів на пристрій.

Кожна людина повинна розуміти, що такий прилад є дуже популярним, так як без нього не обходиться многая техніка. Розібратися в способі дії принципів роботи такого пристосування буде нескладно, адже таке обладнання дійсно просте і для того щоб зрозуміти його суть, треба мати елементарні знання з фізики зі шкільних часів.

Слід зауважити, що цей пристрій отримало велику кількість варіацій, є кілька типів таких датчиків, тому потрібно повністю відштовхуватися від цілей при виборі і розуміти, що людині конкретно необхідно.