Тензорезистор (тензодатчик)
Чувствительным элементом тензорезистора (тензодатчика) является металлический проводник, наклеенный на массивную деталь, подвергающуюся механической деформации. По изменению сопротивления тензорезистора в зависимости от прикладываемого усилия судят об измеряемом параметре.
Рис. 8.39. Схемы электрических динамометров: а - контактный; б-угольный; в, г - полупроводниковые; д - металлический; е - резонансный; ж - индуктивный; з - емкостный; и - пьезоэлектрический; к, л - магнитоупругие; м - с силовым уравновешиванием.
Наиболее подходящими материалами тензорезисторов являются сплавы константан, манганин, нихром, хромель, имеющиемалый температурный коэффициент сопротивления. На практике находят применение проволочные, фольговые, пленочные, металлические преобразователи, а также преобразователи из монокристаллов полупроводников кремния, германия, арсенида галлия и др.
Преимущества
Ценным свойством полупроводниковых преобразователей является большое значение коэффициента тензочувствительности (от -200 до +850 °С) при малых базах (до 2,5 мм).
Тензорезисторы являются преобразователями разового действия, так как они наклеиваются на деталь и не могут быть сняты без повреждения.
Простота конструкции и малые габаритные размеры тензорезисторов позволяют их использовать в труднодоступных местах различных машин и механизмов для определения деформаций.
Рис. 8.40. Пьезоэлектрические динамометры: а - схема преобразователя типа ДТ (1 - выводной электрод; 2 - кварцевые пластины; 3 - корпус); б - конструкция пьезоэлектрического частотного динамометра (1 и 2 - металлизированная обкладка; 3 и 5 - обойма; 4 - резонатор)
Принцип действия
Принцип действия магнитно-анизотропных преобразователей основан на изменении магнитных свойств (магнитной анизотропии) ферромагнитных материалов при их деформации под воздействием механических усилий. Этими свойствами обладают сплавы железа с алюминием, кобальтом, хромом и никелем.
Использование пьезоэлектрических преобразователей в пьезоэлектрических динамометрах не требует наличия упругих элементов в конструкции устройств. Измеряемое усилие непосредственно воспринимается пьезоэлектрическим элементом, выполненным в виде плоских пластин. Особенность этого типа динамометров - невозможность измерения статических и медленноменяющихся сил. Вследствие этого пьезометрические динамометры получили ограниченное распространение.
Частотные динамометры и тензометры в последние годы получают все более широкое распространение, особенно в связи с внедрением в практику измерений ЭВМ, и в первую очередь микропроцессоров.
В частотных динамометрах получили распространение механические резонаторы, выполненные в виде струны, стержня, пластины или цилиндрического элемента.
На рис. 8.40, б показана конструкция пьезоэлектрического частотного динамометра. Он содержит резонатор 4 в виде кварцевой пластины с металлизированными обкладками 1 и 2, зажатый по периметру между обоймами 3 и 5. При приложении усилия .F вдоль блока изменяется толщина пластины, что приводит к изменению ее резонансной частоты.
Динамометры и тензометры с частотным выходом подключаются к вторичным приборам, в которых используются цифровые частотомеры и пересчетные устройства.
В третьей группе динамометров (см. рис. 8.39, м) измеряемая сила уравновешивается электромагнитной или электростатической силой, формируемой на основе сигнала, пропорционального измеряемой силе. В этих приборах достигается полное уравновешивание и упругий элемент практически не деформируется. Они применяются для измерения малых и средних сил в диапазоне 10"4... 10 Н с погрешностью измерения 0,025...0,06%.
Моментомеры
Принцип действия моментомеров основан на измерении деформации кручения вала, передающего крутящий момент. Моментомеры можно классифицировать на группы: с предварительным преобразованием в угловое перемещение, с непосредственным преобразованием. Деформацию можно измерять посредством тензорезисторного, индуктивного, магнитоупругого, струнного и других преобразователей. Диапазон измерения моментов для тензорезисторного и магнитоупругих моментомеров находится в пределах 10... 103 Н-м, для струнных - 0...5·10 Н-м, для индуктивных - 1O-1...1O-5 Н-м с погрешностью измерений 0,2... 1%.
