Tensorezistent ip - stadopedie

Principiul acțiunii PI-urilor rezistente la tensiuni se bazează pe fenomenul efectului de tensiune, care constă în schimbarea rezistenței electrice a conductorilor și a semiconductorilor atunci când sunt deformați (adică atunci când dimensiunile se modifică).







Dependența rezistivității r a materialului de măsurare a tensiunii pe deformarea el este exprimată prin formula

unde r0 este rezistivitatea la el = 0; a este coeficientul de deformare a rezistenței definit ca:

Cu o deformare liniară a unei probe de secțiune transversală pătrată sau circulară, dimensiunile acesteia se schimbă și în direcția transversală, schimbarea lungimii fiind datorată unei modificări a dimensiunii transversale, iar această relație este caracterizată prin raportul Poisson m

unde b este dimensiunea transversală; eb este deformarea transversală relativă.

Schimbarea rezistivității materialului și a dimensiunilor eșantionului sub deformarea lui el determină o schimbare a rezistenței sale, care se găsește în formula

unde R0 este rezistența inițială.

Una dintre caracteristicile PI rezistent la tensiune este coeficientul de sensibilitate K, care este raportul dintre variația relativă a rezistenței DR / R0 a manometrului și valoarea deformației relative Dl / l. Folosind (16), obținem

Pentru metale, raportul lui Poisson m »0,24 ¸ 0,5, coeficientul de deformare aP »0,2-0,6 [12] și coeficientul de sensibilitate a tensiunii K» 2.

Pentru lichide, a = 0 (volumul nu se modifică în timpul procesului de deformare), m = 0,5, deci QBID = 2.

Pentru IP-urile rezistive conductive, deoarece (1 + 2m) este semnificativ mai mare decât aP. putem presupune că K = (1 + 2m) [10].

Pentru eșantioanele de materiale semiconductoare, un >> m și prin urmare K »a, iar coeficientul de sensibilitate devine 120 sau mai mult, iar semnul lui K poate fi pozitiv sau negativ. Sensibilitatea la tensiuni a măsurătorilor de tensiune semiconductori este de 50-100 ori mai mare decât cea a tensometrelor metalice.

Materiale de PI tenorezist și cerințele acestora

Materialele PI rezistente la tulpini (tensiometre) trebuie caracterizate prin: o valoare mare a coeficientului de sensibilitate a tulpinii; valoarea ridicată a rezistivității; valoarea mică a SSS; lipsa contactului termoFEM; linearitatea dependenței R = f (el).

Materialele folosite sunt materiale conductoare și semiconductoare. Caracteristicile câtorva dintre cele mai frecvent utilizate conductori solizi și materiale semiconductoare sunt prezentate în Tabelul 1.

Clasificarea și proiectarea IP-urilor rezistive

În funcție de starea de fază a materialului elementului de detectare, se disting PI-urile rezistive rezistente la stările solide și lichide.

Materialele pe bază solidă includ: sârmă, folie și film.

Sârmă pot fi neadezite și lipite.

Nenakleivaemye (gratuit) Thin-SP făcute sub forma uneia sau a unui număr de fire 1, fixate la capetele între mobile și fixe 2 și 3 părți care îndeplinesc rolul elementului elastic (Fig. 4a). În Fig. 4 b prezintă dispozitivul unui indicator al tensiunii sârmei lipite. Un substrat 1 (o fâșie de hârtie sau film) matrice lipită de zigzag pus sârmă subțire 2 cu un diametru de 0,02 - 0,05mm, capetele care sunt atașate la capacul convertor borne de cupru 3. Pe stratul de lac superior.

dezavantaj Tensoconverters sârmă este acela că porțiunile de colt percepe o deformare mai slabă (mai rigide) decât porțiunile liniare, astfel CRC factor gauge eșantion de material „(0,7 ¸ 0,96) K. Prezența unor zone de rotunjire extinsă conduce la apariția unei sensibilități transversale. Pentru indicatorii de tensiune a firului, raportul sensibilității transversale și longitudinale este determinat de raportul b / L. Sensibilitatea transversală este de 0,25-1% din sensibilitatea longitudinală.

Foarfecele de foi sunt fabricate în mod fotomecanic. Pe o piesă de prelucrat din folie 4 groasă ¸ 12 μm (constantă, aliaje de aur-argint) pe o parte se aplică un strat de lac și, pe de altă parte, un strat fotosensibil pe care este proiectat proiectarea elementului sensibil al dispozitivului de măsurare a tensiunii. Apoi acest model se manifestă și se fixează (acoperit cu lac rezistent la acizi). După gravarea, rămân porțiunile de folie corespunzătoare modelului (figura 4c). Pentru senzorii de tensiune al foliei, sensibilitatea transversală este mult mai mică datorită dilatării secțiunilor transversale.

Peliculele de film sunt realizate prin distilarea în vid a unui material sensibil la tulpină, urmată de condensarea pe un substrat printr-o mască. Pentru agitatoarele de peliculă se utilizează atât materiale metalice, de exemplu aliaje de titan-aluminiu, cât și materiale semiconductoare, de exemplu, germaniu și siliciu. Peliculele pentru tulpina peliculelor au o grosime mai mică de 1 μm.

Avantajul măsurătorilor de tensiune și folie de folie este posibilitatea de a obține o formă dată, definită de o mască.

Dispozitivul de măsurare a tensiunii fluide este un capilar din cauciuc cu un diametru interior de 0,1-0,5 mm, umplut cu mercur sau electrolit.

Dispozitivele de măsurare a tensiunii lichide permit conversia deformărilor relative mari până la 30-50%.

Dezavantajele acestor PI sunt rezistența inițială scăzută, de exemplu, convertoarele de mercur au o rezistență inițială de un Ohm și un TCR mare.

Semiconductoarele sunt în general fabricate din germaniu sau siliciu dopate la rezistivități r »(2 × 10 -4 ¸ 2 × 10 -3) Ohm × m sub formă de benzi subțiri, care sunt tăiate de-a lungul anumitor axe cristalografice. De exemplu, fâșiile de siliciu de tipul p sunt tăiate în direcție. și din siliciu de tip n în direcție. Pentru fabricarea gagurilor de tensiune, se utilizează, de asemenea, p-și germanii de tip germaniu. Semiconductoarele au o lungime de 2-12 mm și o lățime de 0,15-0,5 mm.

Trăsăturile distinctive ale măsurătorilor de tensiune semiconductoare sunt: ​​sensibilitate ridicată și nelinearitate.

În prezent, se produc senzori de tensiune integrat semiconductori, care sunt crescuți direct pe un element elastic din siliciu sau safir. Aceste elemente elastice au proprietăți elastice apropiate de greutățile ideale și substanțial mai mici de histerezis și liniaritate în comparație cu cele metalice. Un element elastic, de obicei, creste mai multe rezistente conectate la o punte sau punte si elemente compensatoare. Această tehnologie face posibilă reducerea semnificativă a erorilor din cauza neidentificării tensiunii și a condițiilor externe. Măsurătorile integrale de tensiune sunt produse sub formă de structuri CNC (siliciu pe siliciu) și structuri CNS (siliciu pe safir).







Principalele caracteristici ale tensiunii

Caracteristicile traductoarelor rezistente la tensiuni includ: coeficientul de sensibilitate a tensiunii, baza de măsurare, rezistența inițială și erorile. Parametrii tensioanelor de uz general sunt reglementați de GOST 21616-91 "Tensiunile de tensiune".

Baza de măsurare L este definită ca lungimea părții ocupate de traductor (vezi figura 4b).

Bazele convertorului se situează în intervalul 1.0 ¸ 100 mm și rezistență inițială de la 10 la 1000 Ohm. Convertoarele cel mai frecvent utilizate sunt suporturi de 5-20 mm și o rezistență inițială de 30-500 ohmi. Reducerea bazei este realizată prin utilizarea unor construcții speciale. De exemplu, în gaguri de tensiune cu două straturi, baza poate fi de 1,5-3 mm.

Baza de măsurare a traductoarelor de folie poate fi de 0,8 mm.

Semiconductoarele de măsurare a tensiunii au o lungime de 2-12 mm, iar rezistența inițială se află în domeniul 50-10000 Ohm.

Precizia PI-ului rezistent la tulpini

Erori ale PI de rezistență la tensiuni sunt: ​​eroarea de temperatură; eroare de calibrare; liniaritate eroare; eroare datorită fluajului adezivului.

Eroare de temperatură apare datorită modificărilor factorului inițial de rezistență și măsurători tensiometrice gage unei modificări de temperatură, t. E. ecartamente temperatura de eroare inerent de zero și sensibilitate.

tulpina Lipite calibre eroare zero, apare din modificarea rezistenței sale care apar din cauza inegalității coeficienților de temperatură de dilatare liniară a materialului tulpina gauge și elementele pe care este lipit o gage sușă, iar prezența TCR gage non-zero.

Eroarea sensibilității se datorează dependenței coeficientului de sensibilitate față de temperatură.

Eroarea de temperatură de zero este descrisă de dependență

unde aR este coeficientul de temperatură de rezistență al indicatorului de rezistență; bD și bTP sunt coeficienții de temperatură ai extinderii liniare a materialului piesei și a indicelui de rezistență.

Pentru a obține eroarea DelT = 0, este necesar să satisfacem

Unele materiale pot tenzosensori au o valoare a coeficientului de temperatură al rezistivității care se întinde pe o gamă largă, iar TKR semn poate fi pozitiv sau negativ (de exemplu, Constantan poate avea orice valoare în intervalul ± 30 10 -6 K -1). Această proprietate permite o varietate de materiale (de exemplu, oțel, aluminiu, etc.) Pentru producerea de transductoarele de compensare a temperaturii, ceea ce reduce substanțial eroarea de temperatură de la zero până la 0,015% / K. Pentru semiconductori, o astfel de compensare nu este posibilă, de exemplu, pentru un convertizor de siliciu lipit la oțel, aceasta atinge 1,6% / K.

Eroare de sensibilitate Temperatura depinde de materialul tensometrice și se află într-o gamă foarte largă de miimi de procente pe grade Kelvin pentru transductoarele conductor și la câteva sutimi de - pentru semiconductoare.

Eroarea de temperatură a măsurătorilor de tensiune a conductorului este predominant aditivă și o metodă de măsurare diferențială este utilizată pe scară largă pentru reducerea acesteia. Pentru aceasta, pot fi utilizate circuite cu două sau patru senzori de tensiune. Luați în considerare o includere cu doi manometre. Traductorul de lucru RT1 este lipit de-a lungul deformării măsurate. iar RT2 compensator este peste ea (Figura 5a). Mecanismele de tensionare sunt conectate la umerii adiacenți ai podului (Figura 5b) și RT1 = RT2.

Variațiile de temperatură în rezistența tensometrelor RT1 și RT2 sunt identice în semn și valoare (același material, sunt în aceleași condiții), astfel încât tensiunea de ieșire a podului

unde Kl este coeficientul sensibilității longitudinale a tensiunii; Kb este coeficientul de sensibilitate transversală a tensiunii; el - deformare longitudinală; eb este deformarea transversală.

Astfel, se poate observa din ecuația (18) că în cazul ideal temperatura nu afectează rezultatul măsurătorii.

În general, senzorii de tensiune sunt traductoare unice, deoarece sunt lipite de piesă și nu pot fi îndepărtate fără deteriorări. Prin urmare, în practică, un anumit număr de măsurători de tensiune dintr-un lot sunt supuși calibrării. Cifrele recepționate ale valorilor medii ale lui R0 și K sunt acceptate pentru toți convertorii din acest lot. În acest caz, eroarea de calibrare poate fi de 1-5%. Cu o calibrare individuală a convertorului de lucru în sine, această eroare poate fi redusă la zeci de procente.

Eroarea de liniaritate este determinată de dependența potențialului de deformare și a coeficientului de rezistență la tensiune al tensometrelor semiconductoare cu tensiunile mecanice aplicate. Eroarea de liniaritate poate ajunge la unități de procente.

Pentru detectoarele de tensiune lipite, o încălcare a tehnologiei poate duce la erori semnificative. Caracteristicile adezivului intarit si bazele senzorilor provoca efecte polzuchesti.Polzuchest - fenomen gage schimbă rezistență atunci când el ı 0 = const în timp. La temperaturi mai ridicate, acest efect este mai pronunțat [14]. Valoarea erorii datorată fluajului este de 0,05-0,2%.

Temperatura de lucru este determinat de rcilor este limitată în principal la adezivi, iar temperatura 350-600 0 C sub deformări statice și 600-800 0 C (cu metode speciale de atașare la 1000 0 C) sub o deformare dinamică.

Fixarea rezistenței PI

Pot fi utilizate mai multe metode pentru a conecta unghiurile de tensiune la un obiect de măsurare:

1. Lipirea se realizează cu ajutorul adezivilor bakelitofenolnyh, lacuri pe bază de rășini organice, și altele. (La temperaturi normale și ridicate), la temperaturi ridicate, folosind cimenturi speciale sau polisiloxani cu diferite umpluturi sticlă solubilă și altele.

Se folosesc de asemenea tipuri de ciment, cum ar fi adezivul Kotinsky, care permit utilizarea multiplă a rezistențelor rezistente la descompunere prin desprinderea părților atunci când sunt încălzite. Adezivul lui Kotinsky este un material termoplastic înmuierea la o temperatură de 140 ° C.

2. Conectarea la tehnologia semiconductoarelor:

a) tehnologie difuză - gage formate prin difuzia impurităților în stratul subțire selectat a suprafeței elementului elastic (membrane de fascicul) realizat din Si un singur cristal cu un r mare sau conductivitatea opusă pentru a crea un p-n joncțiune izolată;

b) tehnologia autoepitaxial - gage format strat semiconductor acumularea microcristalin, o rețea cristalină, care este o continuare a rețelei cristaline a elementului elastic realizat dintr-un material semiconductor de același tip ca și stratul extensibil. Izolarea elementului de presiune din elementul elastic este efectuată de joncțiunea pn;

c) Tehnologia heteroepitaxială - gage format strat semiconductor acumularea monocristalin pe o suprafață a unui element elastic realizat dintr-un singur cristal dielectric (safir). Aici, rețeaua cristalină a indicatorului de rezistență este o extensie a laturii cristaline a elementului elastic, dar a unui sistem cristalografic diferit.

3. alierea: elementul elastic este fabricat din cuarț, o gage tulpina de siliciu cu pini de platină filiform aliat în suprafața elementului elastic de temperatură joasă (Tm = 300-350 0 C) plumb vitros. Demnitate - fluaj stabil și scăzut <0,5%.

Domenii de aplicare a IP-urilor rezistente la tulpini

Măsurătorile de tensiune rezistive sunt utilizate în dispozitivele care măsoară deformările statice și dinamice. Cele mai multe din sârmă, folie și tulpina peliculă de metal calibre sunt folosite pentru măsurarea deformațiilor statice relative el 0,005 - 1,5-2% Se remarcă faptul că ecartamente de film a unor aliaje metalice, de exemplu, de la titanoalyuminievyh, permite să se măsoare tulpina statică de 12%. Sârmă fără talie (tensiometru) permite, de asemenea, măsurarea deformării până la 5-10%. lichid conductibil manometre (elastic) tensometrice permit măsurarea materialelor Tulpini mari (30-50%).

Semiconductoarele permit măsurarea deformărilor statice până la 0,1-0,2%.

La măsurarea diapazon tulpina dinamică determinată de raportul dintre lungimea de unda l L ecartamentului și bază, în consecință, care trebuie să fie raportul satisfăcut L / l 0.1 £. Tulpina maximă pentru manometrele de torsiune nu ar trebui să depășească în mod normal 0,1%, iar pentru tulpina semiconductoare - 0,02%.

tensometrelor sunt de asemenea folosite pentru măsurarea cantităților care pot fi transformate în tulpina (Figura 6): a) rezistență mecanică; b) presiuni; c) accelerații.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: