Тензорезистор. Определение и принципы работы

Содержание

1. Что такое тензорезистор?
2. Виды тензорезисторов
3. Принцип работы тензорезистора
4. Из чего состоит тензорезистор
5. Применение тензорезистора

Тензорезисторный датчик — это чувствительный элемент, изменяющий электрическое сопротивление пропорционально механической деформации материала, к которому он прикреплен. Применение тензорезисторов обеспечивает высокую точность, воспроизводимость измерений и возможность интеграции с системами автоматического контроля и регистрации данных.

Что такое тензорезистор?

Это прибор, электрическое сопротивление которого меняется из-за его деформации. Устройство используют в тензометрии для измерения сопротивления (деформации) тех элементов, которые с ним связаны.

Тензодатчик — основной элемент, который применяют для косвенного измерения многих величин: силы, давления, веса, механического напряжения и крутящего момента.

Виды тензорезисторов

Тип тензодатчика зависит от основной характеристики — геометрической конфигурации измерительной решетки:

1. АА. Самая простая решетка — линейная, либо четвертьмостовая цепь тензорезисторов.

2. АВ. В разделе четвертьмостовых есть тензорезисторы, которые наклеиваются на наклоненною на 45° решетку.

3. ВВ. Полумостовые решётки состоят из 2 тензометрических резисторов, приклеиваются рядом на одной подложке. Причем, полупроводниковые резисторы иногда располагаются перпендикулярно.

4. FB. Параллельные решетки, образующие электрическую цепь.

5. НА. Решетки, которые наклонены на 45°. В таком случае наклейка тензорезисторов по отношению друг к другу образует рисунок «ёлочка».

6. ЕВ. Полномостовые решётки состоят из 4 резисторов на одной подложке. При наклейке тензорезисторов решетки могут располагаться по-разному по отношению друг к другу.

7. КА. Радиально-кольцевые модели тензорезисторов.

Принцип работы тензорезистора

Чтобы в нем разобраться, сначала определим, какое явление называется величиной деформации. Это внешнее усилие, которое прикладывается к упругому материалу (металлическому) и создает механическое напряжение, ведущее к деформации конкретной детали.

При деформации измеряемого предмета физическое изменение передается резистивной фольге/проволоке через основание. И сопротивление металлических проводников изменяется пропорционально тому, как объект деформируется.

Обычно сопротивление у выводных проволочных (фольговых) тензорезисторов не сильно большое, поэтому для того, чтобы его можно было уловить, используют мост Уилсона.

Итак, как работает тензорезистор? Для реализации его функционала используются специальные приборы. Сначала подключают к тензометру (в нём есть мост Уилсона), который подает напряжение возбуждения к объекту измерения. Значение механической деформации измеряется посредством электрического сигнала и выводится либо на мониторе, либо аналоговыми сигналами.

Из чего состоит тензорезистор

На схеме тензорезистора видно, что его конструкция включает несколько компонентов:

• тонкая проволока, фольга или полупроводниковая полоска, изменение электрического сопротивления которой пропорционально механической деформации;

• жесткая или гибкая основа, на которой закреплен чувствительный элемент, обеспечивающая механическую стабильность и передачу деформации от объекта измерения;

• электрические соединения для интеграции с измерительной схемой, обеспечивающие минимальные паразитные сопротивления и стабильность сигнала;

• защитное покрытие — лак, эпоксидная смола или полимерная пленка, защищающая чувствительный элемент от влаги, пыли и химического воздействия, сохраняющая метрологические характеристики.

Конструктивная точность и выбор материалов тензорезистора определяют его чувствительность, диапазон измерений и стабильность работы в различных эксплуатационных условиях.

Обозначение на схеме тензорезистора:

Применение тензорезистора

Тензорезистор — это один из основных элементов современных систем измерения деформаций и механических напряжений. Использование тензорезисторов особенно актуально в машиностроении, авиационной и строительной отраслях, а также при разработке и испытаниях новых материалов, где критично учитывать запас прочности и предельные деформации. 

Где применяют тензорезисторы:

• его используют, чтобы определить, на сколько изменилась форма при деформации объекта;

• чтобы определить механическое напряжение при деформации, а также каков запас прочности, коэффициент сопротивления, материала либо элемента, используемого в этом материале;

• чтобы определить прочие параметры чувствительных элементов при пересчете в деформацию.

Есть и другие способы измерения деформации, но обычно механическое напряжение определяют с использованием тензометрических датчиков. Прочие измерительные приборы не дают такой точности.