Резистивные преобразователи контактного сопротивления

К настоящему времени наметились два основных типа развития датчиков контактного сопротивления, это тензорезисторные и пьезорезисторные.

При измерении механических величин (усилий, давлений, ускорений, механической работы, мощности, крутящего момента на валу и т. п.) для создания первичных измерительных преобразователей широко применяют различные физические явления, в основе которых чаще всего лежит реализация функциональной зависимости величины упругих деформаций твердых тел от величины измеряемых воздействие.

Например, конструктивно простые, надежные и недорогие датчики усилий, давлений, микроперемещений создают на основе реализации функциональной зависимости контактного электрического, теплового или акустического сопротивления между проводниками от величины приложенного к контакту механического усилия.

Рисунок 3.3 Зависимость контактного электрического сопротивления между проводниками от величины приложенного к контакту механического усилия (h - микроперемещение).

Физической основой создания пьезорезисторов данного типа являются свойство соприкасающихся поверхностей изменять величину переходного контактного сопротивления в зависимости от усилия сжатия. В реальных условиях контакт не сплошной, а многоточечный и обусловлен шероховатостью контактирующих поверхностей. При увеличении давления возникают упругие и пластические деформации неровностей, а также разрушение поверхностного слоя. При многократных повторениях нагрузочных циклов происходит «наклеп» в месте контакта, в результате чего функциональная зависимость преобразователя стабилизируется.

Качество контакта зависит, также от воздействия ряда внешних факторов. Например, под воздействием ультразвука изменяются пластические свойства контактирующих материалов, наличие смазки в месте контакта стабилизирует его характеристики.

Недостатки таких преобразователей обусловлены тем, что при воздействии больших усилий происходит разрушение контактного слоя, возникают пластические деформации, со временем происходит износ поверхности. резистивный преобразователь реостатный датчик

К достоинствам измерительных устройств данного типа можно отнести простоту конструкции, высокую надёжность, не требуется дополнительного усиления электрического сигнала.

Преобразователи контактного сопротивления используют в тактильных датчиках, в устройствах, предназначенных для измерения больших статических усилий и т.п.

Тензорезисторы

В основе работы тензорезисторов лежит тензоэффект, заключающийся в изменении активного сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов при их механической деформации..

Характеристикой тензоэффекта материала служит коэффициент тензочувствительности Кт, определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:

Кт = R/L = E(R/s),

где : R = DR/R, L = Dl/l, DR - изменение сопротивления при изменении длины l на Dl; E - модуль упругости материала; s - механическое напряжение.

В проводниках под действием механических нагрузок изменение удельного сопротивления материала практически не происходит, поэтому относительная чувствительность таких измерительных преобразователей невысока:

Относительное изменение сопротивления проводникового тензорезистора приблизительно в 1,5 раза превышает относительное изменение его линейных размеров. С учётом того, что деформация металлов составляет тысячные доли, то относительное изменение сопротивления проводника не превышает десятых долей процента. Поэтому, для повышения чувствительности тензорезистивных измерительных устройств используют мостовые электрические измерительные схемы.

Для повышения точности измерений применяют дифференциальные методы измерения с использованием двух и более датчиков. Это позволяет осуществить компенсацию изменения рабочей температуры, снизить влияние на характеристики преобразователей других дестабилизирующих факторов. Например, при создании датчиков усилий на чувствительный упругий элемент наносят, как минимум, два тензорезистора: один по направлению действия усилий, а другой - поперёк. Это позволяет существенно снизить термочувствительность такого измерительного преобразователя.

Другие стьтьи в тему

Разработка измерительного преобразователя
Современная экономика характеризуется широкой интеграцией передовых технологий, в том числе и в области промышленной электроники. Мировая тенденция - тесное сотрудничество разработчиков элементной базы, электронных систем и аппаратуры, т. е. объединение научно-технических потенциал ...

Реализация политики сетевой безопасности организации средствами маршрутизаторов и коммутаторов CISCO
Сети ЭВМ из достояния научных центров постепенно стали обязательным атрибутом процветающих торговых фирм, банков, милиции, таможни, налоговой службы и т.д. Если раньше главной проблемой было создание сети и обеспечение доступа к Интернет, то сегодня по мере увеличения размеров сети п ...