Як працює тензодатчик?
Тензодатчиком називається датчик, що перетворює вимірювану деформацію твердих тіл в електричний сигнал. Розглянемо принцип дії і пристрій тензодатчика опору, що перетворює деформацію (розтягнення або стиснення) в зміну електричного опору провідників або напівпровідників.
Двоопорні тензодатчики: з циліндричними опорами і з плоскими опорами.
Зміна опору провідника тензодатчика при дії деформації пояснюється 2-мя причинами: зміною геометричних розмірів (довжини, діаметру дроту) і зміною питомої опору матеріалу тензодатчика.
Робота тензодатчика характеризується коефіцієнтом тензочутливості (S), який дорівнює частці від ділення відносної зміни опору тензодатчика на його відносну деформацію:
де L і R - Відповідно довжина і опір датчика при відсутності механічної напруги;
?L і ?R - Відповідно зміна довжини і опору в результаті впливу зовнішнього деформуючого зусилля.
Формула може бути представлена у вигляді:
Коефіцієнт тензочутливості є безрозмірною величиною і може бути як позитивним (для матеріалів, у яких опір при розтягуванні збільшується), так і негативним (для матеріалів, у яких опір при розтягуванні зменшується). Для різних металів значення S коливається від -12,6 (нікель) до +6 (платино-іридій). Величина номінального опору тензодатчика знаходиться в межах 50-1000 Ом.
Провідникові тензодатчики роблять з металевого дроту (нікель, копель, константан та ін.) Діаметром 0,015 - 0,05 мм. Конструктивно вони виконуються ненаклеіваемимі і наклеюваними.
Малюнок 1. Конструктивна схема виконання ненаклеіваемого тензодатчика.
На рис. 1 приведено конструктивне виконання ненаклеіваемого тензодатчика. Чутливим елементом в ньому є кругла дріт.
Наклеюється тензодатчик представляє собою тонку зволікання, складену у вигляді решітки (рис. 2) і обклеєну з обох сторін ізоляційними пластинками з цигаркового паперу, плівки лаку або клею.
Для визначення розтягування або стиснення платівка міцно наклеюється на поверхню деталі за допомогою спеціального клею (наприклад, БФ-2, БФ-4, бакелітового клею та ін.), Тензодатчики сприймають деформації зовнішнього волокна деталі і реагують на розтягування і стиснення. У разі pacтяженія опір зволікання тензодатчика збільшується, а при стисненні - зменшується.
Дротові датчики мають малу вагу і габарити, практично безінерційна і тому можуть вимірювати швидко мінливі деформації.
Малюнок 2. Конструктивна схема наклеюваного тензодатчика.
Дротові тензодатчики можна розміщувати в важкодоступних місцях, вони прості за конструкцією і дешеві. Всі перераховані достоїнства тензодатчиков викликали їх широке поширення.
До недоліків дротяних тензодатчиків слід віднести малу величину відносної зміни опору і, отже, малу чутливість. У звязку з цим при використанні тензодатчиков слід застосовувати вимірювальні схеми високої чутливості і складності.
Дротові тензодатчики застосовують при вимірюванні деформацій в деталях механізмів в якості головних елементів датчиків зусиль, ваги, тиску, крутного моменту і т. П.
Тензодатчик є складовою частиною електричного тензометра - приладу для вимірювання в твердих тілах деформацій, що виникають під впливом навантажень.
Для вимірювання деформацій датчики включаються в мостові або потенціометричні схеми. Тензодатчики дозволяють вимірювати як статичні, так і динамічні деформації.
При необхідності реєстрації складних деформацій застосовують харчування вимірювальних мостів напругою високої частоти-реєстрація при цьому виробляється, наприклад, на осцилографі, що робить установку значно складніше.
