3.5. Тензодатчики

Для измерения таких физических величин как растяжение, сжатие, изгиб, кручение широкое применение находят проводниковые (проволочные, фольговые) и полупроводниковые (например, кремниевые) тензорезисторы. В основу принципа действия тензодатчиков положено явление тензоэффекта, заключающееся в том, что при изменении геометрических размеров тензорезисторов под воздействием измеряемых физических величин, изменяется их активное сопротивление.

Для изготовления проволочных тензодатчиков используют манганин, константан, обладающие значительными коэффициентами тензочувствительности.

С конструктивной точки зрения проводниковый тензодатчик представляет собой бумажную подложку, на которой специальным образом уложена и приклеена решетка из манганиновой проволоки (рис. 9).

Сверху решетка прикрыта защитным листом бумаги. Для включения в схемы к решетке (к началу и концу) привариваются выводы. Изготовленная таким образом конструкция тензодатчика приклеивается специальным клеем на деталь, в которой измеряется усилие сжатия, растяжения, кручения или изгиба.

Рис. 9. Конструкция проводникового тензодатчика:

А – ширина проволочного тензодатчика; L – база проволочного тензодатчика;

а – ширина решетки проволочного тензодатчика; 5 – чувствительная к деформации решетка, выполненная из константановой проволоки; 3 – решетка, приклеенная специальным клеем;

2 – бумажная подкладка;4 – защитный листок;

6 – выводы

Тензодатчик должен быть наклеен на деталь в таком месте и таким образом, чтобы максимально воспринимать измеряемую величину.

В табл. 5 приведены возможные варианты наклейки тензодатчиков при измерении различных величин.

Таблица 5

Возможные варианты расположения и включения тензодатчиков

Вид измеряемого параметра	Схема расположения датчиков	Электрическая схема
Растяжение Сжатие	Дк Р Р Др Р Др Р Дк	Дк Др
Изгиб	Др Р Дк Р Дк Др	Дк Др
	Др Р Дк	Дк Др

Окончание табл. 5

Вид измеряемого параметра	Схема расположения датчиков	Электрическая схема
Кручение	М М Дк Др	Дк Др
	Др1 Др2 М М Др4 Др	Др1 Др2 Др4 Др3

Учитывая принцип действия тензодатчиков, заметим, что они включаются в мостовые измерительные схемы (рис. 9).

На величину сопротивления тензодатчика, кроме измеряемой величины, существенно влияет температура окружающей среды.

Для исключения влияния температуры окружающей среды на результаты измерения (увеличивается погрешность измерения) тензодатчики всегда применяют по два в каждой точке измерения: один (рабочий тензодатчик) служит для измерения (восприятия) физической величины, второй (компенсационный) - для исключения влияния колебаний температуры на результаты.

Рис. 10. Возможный вариант схемы включения рабочего и компенсационного тензодатчика в схему моста

Компенсационный тензодатчик наклеивается в том же месте, что и рабочий, но так, чтобы не воспринимать измеряемое усилие. Рабочий и компенсационный тензодатчики включаются в смежные плечи мостовой измерительной схемы и, как следует из уравнения равновесия мостовой схемы (6), такое включение датчиков не приводит к появлению погрешности измерения, вызываемой колебаниями температуры окружающей среды.

Предположим, что приклеенный к консольной балке рабочий тензодатчик воспринимает некоторое усилие изгиба. В этом случае его сопротивление (R_др) изменяется и приводит к нарушению равновесия мостовой схемы

(R_д + R_л + R₁)R₃ = (R_дк + R_л + R_и)R₂. (6)

В измерительной диагонали ас появляется напряжение небаланса U_нб, которое поступает в один из каналов многоканального тензоусилителя.

Усиленный сигнал поступает в нагрузку R_наг, в качестве которой может быть, например, реле со световой или звуковой сигнализацией о недопустимом превышении измеряемого усилия изгиба в детали. В цепь нагрузки в лабораторных условиях включен измерительный прибор (ИП), шкала которого проградуирована в микроамперах мкА.