Тензометрические датчики: типы, устройство, принцип работы, назначение

Тензометрические датчики являются устройствами, которые преобразуют деформацию твердого тела в сигнал. Это осуществляется за счет того, что сопротивление прибора зависит от изменения его размеров при растяжении.

Принцип действия датчика

Следует сказать, что основой датчика давления является тензорезистор, который закреплен на особой конструкции. Такие приборы специально калибруют. Осуществляется данный процесс при помощи нагрузки, которая постоянно увеличивается. Человек при этом измеряет величину сопротивления.

Дальше по показателям можно понять значение нагрузки, а также проверить, насколько эффективна деформация. Такие датчики измеряют ускорение, перемещение, силу, крутящий момент, а также некоторые другие данные. Даже при создании сложной схемы нагрузка на конструкцию тензорезистора сводится к сжатию или же натяжению. Происходит это вдоль решетки, которая называется базой.

Использование

Тензометрические датчики используются для того, чтобы измерять активное сопротивление при воздействии. Именно поэтому они довольно популярны. Следует выделить, что существует несколько типов. Рассмотрим их.

Проволочные тензорезисторы

Сейчас наиболее простейшим примером следует назвать отрезок тонкой проволоки, которую необходимо установить на исследуемой детали. Сопротивление при этом можно подсчитать по обычной формуле.

Вместе с данной деталью следует еще установить проволоку, которая будет деформироваться. При этом нужно менять геометрические размеры, тогда усиливается сжатие и также увеличивается поперечное сечение. Если говорить о растяжении, то этот показатель уменьшится. Именно поэтому сопротивление будет менять знак в зависимости от того, какое действие производится. Характеристика при этом считается линейной.

Учитывая то, что тензометрический датчик имеет низкую чувствительность, придется увеличить длину проволоки на одном из участков при совершении измерения. Для этого нужно сделать спираль из нити, которая с обоих сторон будет обклеена пластинкой изоляции с лаком или бумагой. Для того чтобы отключить устройство от электрической цепи, нужно использовать два медных проводника. Их следует припаять или приварить к проволочной спирали, а также они должны быть достаточно прочными для того, чтобы подключиться к схеме. Тензорезисторы всегда закрепляют на упругом элементе либо же на детали, которая приклеивается при помощи обычного клея.

Проволочные тензометрические датчики имеют особые преимущества. Они получили простую конструкцию, маленькие размеры, небольшое сопротивление и также имеют линейную зависимость от вида деформации.

Если говорить о минусах, то следует отметить не особо хорошую чувствительность, влияние температуры, также прибор нужно защищать от влаги и применять только в области, где осуществляется упругая деформация.

Тензодатчики из фольги

Следует отметить, что принцип действия датчика давления такого типа является похожим на работу проволочного. Только использоваться в качестве материала будет фольга, которая делается из титан-алюминия, нихрома, константана. При этом следует заметить, что технология создания такого метода может позволить получить довольно сложной конфигурации решетку, а также даст возможность сделать весь процесс максимально автоматизированным.

Если сравнивать с проволочными устройствами, то фольговые датчики являются более чувствительными. Они способны пропускать огромное количество тока, лучше передавать деформацию, а также позволяют получить сложный рисунок и делать прочные выводы.

Полупроводниковые тензодатчики

Применение тензометрических датчиков такого типа связано с тем, что они имеют чувствительность в 100 раз больше, чем у проволочных. Благодаря этому их устанавливают без усилителей.

Среди недостатков следует заметить хрупкость, зависимость от температуры окружающей среды, а также разброс параметров.

Схемы включения датчиков

Принцип действия тензометрического датчика мы уже рассмотрели, поэтому следует сказать о том, как он подключается.

Если речь идет о малых электрических сигналах, то для их измерения идеально подойдет мостовое включение. В центре цепи следует расположить вольтметр. Более простым примером использования станет тензометрическое устройство, схема которого будет собрана в качестве электрического моста. Его подключать нужно в одно из плеч. При этом сопротивление станет таким же, как и у других резисторов, причем в ненагруженном состоянии. Тогда напряжение прибора будет показывать 0.

Если говорить о принципах действия, то у такого устройства они заключаются в том, что величина сопротивления станет увеличиваться или уменьшаться, полностью завися от того, какие усилия будут прикладываться. Следует заметить, что на точность показателей полностью влияет температура резисторов. Если в другое плечо будет включено аналогичное сопротивление, которое не поддается нагрузке, то оно должно компенсировать приспособление. Однако только в том случае, когда оказывается тепловое воздействие. Именно поэтому устройство подобного датчика довольно впечатляет многих покупателей.

Особенности

Далее необходимо сказать о том, что в измерительной схеме учитываются значения сопротивления проводов, если они подключены к резистору. При этом их влияние будет уменьшаться только в том случае, если добавить еще один провод. Его нужно подключить либо к вольтметру, либо к любому из выводов резистора. Если же на упругий элемент наклеить сразу два датчика, при этом с различной нагрузкой по знаку, то сигнал будет увеличен в 2 раза. Следует заметить, что если использовать четыре приспособления, то чувствительность возрастет. При этом нужно отметить, что при подключении проволочных тензорезисторов микроамперметры дадут показания в любом случае, даже если не использовать усилители. Главное - подбирать номиналы сопротивлений правильно. Для этого следует применять мультиметр для того, чтобы показатели были полностью равны между собой.

Применение датчиков

То, где используются такие устройства, полностью зависит от типов тензометрических датчиков. Если говорить о высокотемпературных приспособлениях, то они, как правило, применяются на металлургических и других предприятиях. Измерительные датчики, которые имеют упругий элемент, создаются из нержавеющей стали для того, чтобы обеспечить работу в химически агрессивной среде. Тензодатчики используют со штамповочными прессами, а также на других предприятиях, где необходимо проводить обработку металлов.

Следует заметить, что тензометрические датчики веса используются для того, чтобы передавать электрический сигнал на измерительный прибор. Работают они таким образом, что при взвешивании устройство деформируется, вместе с ним и тензорезисторы, которые соединены в схему.

Обычное устройство делается в виде шайбы, колонны или же балки, также встречаются S-образные варианты. Если говорить обо всех конструкциях, то важно, чтобы вся сила прикладывалась только в одном направлении: либо сверху вниз, либо наоборот.

При этом следует заметить, что при тяжелых условиях труда благодаря устройству тензометрических датчиков можно легко снизить действие паразитных сил. Однако именно от этих характеристик полностью зависит цена устройства. Как правило, на такие датчики стоимость составляет от сотен рублей до сотен тысяч. При этом цена полностью зависит от конструкции, материала обработки, технологий, величин, измеряемых параметров и так далее. Нередко подобные устройства используются в весах.

Выводы

Если говорить кратко, то принцип действия таких тензодатчиков основан на том, чтобы преобразовать деформацию в электрический сигнал. При этом для каждой отдельной цели будут использоваться различные конструкции такого устройства. Если человек выбирает тензометрическое приспособление, то нужно заранее определять, есть ли в схемах специальная компенсирующая сила, которая будет помогать избегать искажения показаний как из-за температуры, так и из-за других воздействий на устройство.

Каждый человек должен понимать, что такой прибор является очень популярным, так как без него не обходится многая техника. Разобраться в способе действия принципов работы такого приспособления будет несложно, ведь такое оборудование действительно простое и для того чтобы понять его сущность, нужно иметь элементарные знания по физике со школьных времен.

Следует заметить, что данное устройство получило большое количество вариаций, есть несколько типов таких датчиков, поэтому нужно полностью отталкиваться от целей при выборе и понимать, что человеку конкретно необходимо.