Тензодатчик

        Измерительный преобразователь деформации твёрдого тела, вызываемой механическими напряжениями, в сигнал (обычно электрический), предназначенный для последующей передачи, преобразования и регистрации. Наибольшее распространение получили Т. сопротивления, выполненные на базе тензорезисторов (ТР), действие которых основано на их свойстве изменять под влиянием деформации (растяжения или сжатия) своё электрическое сопротивление (см. Тензорезистивный эффект). Конструктивно ТР представляет собой либо решётку (рис. 1), изготовленную из проволоки или фольги (из константана, нихрома, различных сплавов на основе Ni, Mo, Pt), либо пластинку из полупроводника, например, Si. ТР механически жестко соединяют (например, приклеивают, приваривают) с упругим элементом Т. (рис. 2) либо крепят непосредственно на исследуемой детали. Упругий элемент воспринимает изменения исследуемого параметра х (давления, деформации узла машины, ускорения и т. п.) и преобразует их в деформацию решётки (пластинки) ε(x), что приводит к изменению сопротивления ТР на величину ΔR (ε) = ± k․R₀․ε, где R₀ — начальное сопротивление ТР, k — коэффициент тензочувствительности (для проволочных Т. k ≤ 2—2,5, для полупроводниковых k Тензодатчик 200). Т. сопротивления обычно работают в области упругих деформаций — при ε ≤ 10^-3.

         Величина ΔR зависит не только от ε, но и от температуры упругого элемента: ΔR (θ) = α ․ Δθ ․ R₀, где Δθ — изменение температуры упругого элемента, α — температурный коэффициент относительного изменения сопротивления ТР: для проволочных и фольговых ТР α = (2—7)․10^-3 K^-1. Для уменьшения погрешности требуется автоматическое введение поправок на температуру либо термокомпенсация. Наиболее распространён метод «схемной» термокомпенсации с использованием мостовых цепей (См. Мостовая цепь). На рис. 3 показан пример включения в мостовую цепь двух идентичных ТР, воспринимающих деформацию упругого элемента; при этом ΔR₁(ε) и ΔR₂(ε) имеют разные знаки, тогда как ΔR₁(θ) и ΔR₂(θ) — один и тот же знак. Ток в диагонали моста (выходной сигнал Т.) при условии i_аб = М (R₁ ․ R₄ – R₂ ․ R₄), где М — коэффициент пропорциональности, R’₁ и R'₂ — сопротивления тензорезисторов, равные соответственно R₁ + ΔR₁(ε) + ΔR₁(θ) и R₂ – ΔR₂(ε) + ΔR₂(θ). Мостовая цепь с двумя ТР позволяет повысить чувствительность Т. в 2 раза, а с четырьмя — в 4 раза по сравнению с мостовой цепью с одним ТР и обеспечивает полную термокомпенсацию.

         Лит.: Туричин А. М., Электрические измерения неэлектрических величин, 4 изд., М.—Л., 1966; Глаговский Б. А., Пивен И. Д., Электротензометры сопротивления, 2 изд., Л., 1972.

         А. В. Кочеров.

        

        Рис. 1. Рещетки тензодатчиков: проволочные — петлевая (а), витковая (б) и с перемычками (в); фольговые — для изменения одной компоненты деформации (г), трех компонент (д) и кольцевых деформаций (е); 1 — проволока; 2 — выводы решетки; 3 — перемычки; S — база датчика.

        

        Рис. 2. Схема тензорезисторного датчика: 1 — решётки; 2 — упругий элемент; R1,..., R4 — тензорезисторы; х — измеряемый параметр.

        

        Рис. 3. Схема включения двух тензорезисторов в мостовую цепь: R₁ + ΔR₁(ε) + ΔR₁(θ) и R₂ - ΔR₂(ε) + ΔR₂(θ) — сопротивления тензорезисторов [ΔR(ε) и ΔR(θ) — изменения сопротивлений тензорезисторов в зависимости от изменения деформации ε и от температуры θ]; R₃, R₄ — сопротивления обычных резисторов; i_aб — ток в диагонали моста; U — источник питания (постоянного тока); У — усилитель; Р — устройство, регистрирующее результат измерения.