Датчици за измерване на напрежение

Измервател на напрежението е параметричен резистивен датчик, който преобразува деформацията на твърдо тяло, причинена от приложеното механично напрежение в електронен сигнал.

Резистивен измервателен уред е основа с чувствителен елемент, прикрепен към него. Принципът на измерване на деформации с помощта на тензометричен преобразувател се състои в това, че по време на деформация се променя активното съпротивление на напрежението. Ефектът от конфигурацията на съпротивлението на железния проводник под действието на всестранна компресия (хидростатично налягане) е открит през 1856 г. от лорд Келвин и през 1881 г. от OD Khvolson.

В този си вид щам преобразувател е проектиран като сензорен елемент щам Gage, който е направен от материал, щам-наблюдение (тел, ленти и т.н.), фиксирана чрез залепване (лепило, цимент) в изследваните части (Sketch 1). За да свържете сензорния елемент към електронната верига в уреда за напрежение, има оловни жици. Някои дизайн за лесен монтаж на тензодатчици са субстрат, разположен между сензора и изследвана част, като защитен елемент, разположен върху чувствителния елемент.

Скица tenzopreobrazovatel Схема 1: 1- наблюдение element- svyazyvayuschee- 2- 3- 4- podlozhka- изследвана подробно 5- защитна елементарен 6- спояване монтаж (заваряване) - 7- терминални проводници

С цялото изобилие от проблеми, решени с помощта на тензометри, могат да се разграничат две основни области на тяхното използване:

- изследване на физическите параметри на материалите, деформации и напрежения в детайли и проекти -

- използването на уреди за измерване на механични величини, които се превръщат в деформация на еластичен елемент.

За първия вариант, типичен значителен брой точки за измерване на напрежението, широки спектри на конфигурацията на характеристиките на средата, както и невъзможността за калибриране на измервателните канали. В този случай грешката при измерването е 2-10%.

Във втория случай сензорите се калибрират спрямо измерената стойност и грешките в измерването лежат в спектъра от 0.5-0.05%.

По-привлекателен пример за използване на уредите за измерване на теглото е скалата. Тензометрични датчици, оборудвани с везни на повечето руски и чуждестранни производители на везни. Везните на товарните клетки се използват в различни отрасли: цветна и тъмна металургия, химически, строителни, хранителни и други отрасли.

Принципът на действие на електрическото равновесие е да се измери силата на тежестта, действаща върху напрежението, средство за превръщане на възникващите конфигурации, например деформации, в пропорционален изходен електронен сигнал.

Широкото разпространение на тензометричните измервателни уреди се обяснява с редица преди смъртност:

- малки размери и тегло -

- ниска инерция, която дава възможност да се използват тензометрични измервателни средства както при статични, така и при динамични измервания -

- притежават линейна линия;

- позволяват дистанционно и почти на всички точки да извършват измервания -

- методът на тяхното инсталиране върху изследваната част не изисква сложни адаптации и не нарушава деформационното поле на изследваната част.

И техният дефект, състоящ се в температурна чувствителност, може почти винаги да бъде компенсиран.

Видове преобразуватели и техните конструктивни характеристики

В основата на работата на тензометричните датчици е явлението на ефекта на натоварване, който се състои в промяна на активното съпротивление на проводниците по време на тяхната механична деформация. Тензорният ефект на материала е коефициентът на относителна деликатна чувствителност К, определен като съотношението на конфигурацията на съпротивлението към промяната в дължината на проводника:

k = er / el

където er = dr / r е относителната промяна в съпротивлението на проводника, el = dl / l е относителната промяна в дължината на проводника.

Когато твърдите тела се деформират, промяната в дължината им е свързана с конфигурацията на обема, освен това техните характеристики, а именно съпротивлението, също се променят. Тъй като стойността на коефициента на чувствителност на напрежението в общия случай трябва да бъде изразена като

K = (1 + 2μ) + m

Тук стойност (1 + 2μ) характеризира промяната в резистентност, свързани с конфигурацията на геометричните размери (дължина и напречно сечение) проводник, и - за промяна на съпротивлението на материала, свързан с конфигурацията на физическите параметри.

Ако се прилага в полупроводникови материали производство tenzopreobrazovatel, чувствителността се определя в основната конфигурация на параметъра за решетка на материала при деформация и К »м и може да варира за различните материали от 40 до 200.

Всички налични преобразуватели могат да бъдат разделени на три основни типа:

- проводници,

- фолио-

- Филм.

Устройствата за измерване на дебелината на тел в техниката за измерване на неелектрически величини се използват на два фронта.

Първата посока е въвеждането на напрежението на проводник в състояние на висока компресия, когато естествената стойност на входа на преобразувателя е налягането на заобикалящия газ или вода. В този случай конверторът е намотка (обикновено манган), поставена в зоната на измереното налягане (вода или газ). Изходната стойност на преобразувателя е промяната в активното му съпротивление.

Втората посока е въвеждането на tenso-ефекта на опъващия проводник от чувствителния към щам материал. В същото време, тензодатчиците се използват под формата на "свободни" преобразуватели и под формата на залепени.

"Свободен" tenzopreobrazovatel произведени под формата на една или няколко от проводници фиксирани в краищата между мобилните и неподвижни части, и обикновено се изпълнява само част на еластичния елемент. Естествената входна стойност на такива преобразуватели е много малка денивелация на подвижната част.

Устройство по vserasprostranennogo Bonded тел габарит тип щам е показан на фигура 2. В тясната ивица залепени хартия или лак филм посочено меандър тесен диаметър тел от 0.02-0.05 mm. Оловни проводници от мед са прикрепени към краищата на проводника. На върха на конвертора е покрита със слой лак, и от време на време, залепени с хартия или филц.

Сензорът обикновено се настройва така, че неговата по-дълга страна да е насочена в посоката на измерената сила. Такъв преобразувател, прилепен към тестваната част, приема деформации на повърхностния слой. По този начин, естествената стойност на входа на залепения преобразувател е деформация на повърхностния слой на частта, към която е залепена, а резултатът е промяната в съпротивлението на преобразувателя пропорционално на тази деформация. Обикновено сензорите, които трябва да бъдат залепени, се използват много пъти често незалепени.

Начертаване 2-Терен на проводник: 1-чувствителен на натоварване проводник - 2-лепило или цимент- 3 целофан или картонен субстрат - 4-проводен проводник

Базата за измерване на преобразувателя е дължината на частта, заемана от жицата. По-често използвани преобразуватели с основи 5 - 20 мм, които имат съпротивление от 30 - 500 ома.

Освен структурата на по-често срещаните структури на тензометричните измервателни уреди, има и други. Както се изисква намаляване измервателна база конвертор на (3 - 1 mm), се произвежда метод vitkovoy който се състои в това дорник с кръгло напречно сечение на тръбата от тесен хартия namatyaetsya Gage телена спирала. След това тази тръба е залепена, отстранена от дорника, сплескана и краищата са прикрепени към краищата на проводника.

Когато е необходимо да се получи ток с голяма величина от верига с датчик, често е необходимо да се използват "масивни" измервателни уреди за измерване на напрежението. Те са съставени от огромен брой (до 30-50), свързан паралелно проводници bolshennymi различни размери (дължина на база 150-200 мм) и се оставя да нарастване същество предава чрез преобразувател ток (скица 3).

Очертае ниско 3- ( "мощност") тел tenzopreobrazovatel: 1- tensosensitivity provoloka- 2- лепило или цимент 3- целофан или картон podlozhka- терминал проводник 4-

Тел сензори имат ниска повърхностна връзка с предшестващото състояние на техниката (база), което намалява изтичане на ток при високи температури и осигурява по-голяма изолация между датчика за напрежение и прототипа.

Фолиевите щантомери са най-популярната версия на залепени щантомери. Фолио преобразуватели представляват ширина лента фолио 4 до 12 микрона, в които част от метал, избран makarom офорт така че останалата част форми, показани на фигура 4 с щифт мрежа.

При производството на такива решетки може да се предвиди поне някаква скица на решетката, което е значително предимство на манометър. Фигура 4, а показва външния вид на преобразувателя от фолио, проектирано за измерване на линейно напрегнато състояние, на фиг. 4, c - фолио конвертор, залепен на вала, за измерване на въртящия момент, а на фиг.4, b - залепена върху мембраната.

4-фолийни конвертори: 1-регулируеми цилиндри - 2 завоя, чувствителни сили към опъваща мембрана - 3 завъртания, чувствителни към мембранни компресивни сили

Тежки предимство фолио преобразуватели е възможността за увеличаване на напречното сечение на всички preobrazovatelya- заваряване (или запояване) терминали може да бъде в този случай, да се извърши значително по-надежден от преобразувателите на жицата.

Тенмометрите в сравнение с телените манометри имат по-голямо съотношение на повърхностната площ на чувствителния елемент към площта на напречното сечение (чувствителност) и са по-големи по размер при критични температури и дълги натоварвания. Голямата повърхност и малкото напречно сечение също осигуряват добър температурен контакт между сензорния елемент и прототипа, което намалява самозатварянето на сензора.

За производството на фолио tensoconverters използва същия метал като този за сензори тел (константан, нихром, никел-желязна сплав, и т.н.) се използват и освен други материали, например сплав titanoalyuminievy 48T-2, способни да измерват щама на 12%, както и редица полупроводникови материали.

Филмови тензомери

През последните години, до метод за масово производство на следващата tenzosoprotivleny залепени, съдържащ вакуум сублимация на следния щам наблюдение материал и кондензира върху субстрата, се разпръсква директно върху елемента. Такива уреди за измерване на напрежението се наричат ​​филми. Плитък такава дебелина tensoconverters (15-30 микрона) дава значително предимство, когато измерванията щам при динамични условия на високо температурен диапазон, където измерванията на деформация са специална област на изследване.

Използват се редица филмови денатури, базирани на бисмут, титан, силиций или германий под формата на единична проводяща лента (скица 5). Такива преобразуватели нямат недостатъка да намалят относителната чувствителност на преобразувателя в сравнение с чувствителността на материала, от който е направен конверторът.

Скица 5 - Преобразувател за филмово изтъняване: 1-чувствителен на щам филм - 2-лентов лак-3-оловен проводник

Теннометричният коефициент на преобразувателя, направен на базата на железен филм, е 2-4, а неговата устойчивост варира в спектъра от 100 до 1000 Ohm. Преобразувателите, направени на основата на полупроводников филм, имат коефициент от порядъка на 50-200 и следователно те са по-чувствителни към приложеното напрежение. В този случай не е необходимо да се използват усилвателни схеми, тъй като изходното напрежение на полупроводниковия преобразувател на напрежението е приблизително 1 V.

За съжаление, съпротивлението на полупроводниковия преобразувател варира в зависимост от приложеното напрежение и е значително нелинейно в целия спектър на напрежението, също зависи в голяма степен от температурата. Така че, въпреки че работим с напрежение, което се основава на железен филм, изисква усилвател, неговата линейност е много висока и температурният ефект може просто да бъде компенсиран.