Основные параметры и характеристики тензорезисторов.

Тензорезисторы характеризуются рядом параметров, основными из которых являются:

- тензочувствительность S_т;

- номинальное сопротивление R;

- допустимая деформация Е_доп;

- погрешность преобразования.

Для обоих видов тензочувствительных материалов, проводниковых и полупроводниковых, тензоэффект характеризуется величиной тензочувствительности, устанавливающей связь между относительным изменением сопротивления и относительной деформацией в направлении измерений .

Тензочувствительность материала характеризуется зависимостью:

S_{T =} =1+2 ,

где ; R; ΔR; Δ - длина и сопротивление тензочувствительного элемента и их приращение вследствии деформации;

m - коэффициент эластосопротивления, равный m =υΕ_м ;

Ε_м - модуль упругости образца тензочувствительного материала;

υ – продольный коэффициент пьезосопротивления.

Номинальное сопротивление тензорезистора – сопротивление между его выводами при заданной температуре окружающей среды в отсутствии механических нагрузок.

Величины номинального сопротивления проволочных и фольговых тензорезисторов находятся в пределах 10–800 Ом, полупроводниковых – 50– 50000 Ом.

Одной из важных характеристик тензорезисторов является допустимая деформация Е_доп. Её превышение приводит к появлению остаточных деформаций и даже обрыву проволочных проводников и разрушение пластины полупроводниковых преобразователей. Для тензорезисторов Е_доп =3÷5∙10^-3.

Максимально возможное изменение сопротивления преобразователей составляет:

у проволочных и фольговых при S_т=2

= S_т Е_доп = 2∙3∙10^-3 =0,6% [2]

у полупроводниковых при S_т=100

=30%.

Вследствие малости относительного изменения сопротивления проволочных и фольговых преобразователей возникает необходимость включения их в специальные схемы, предусматривающие усиление сигнала и компенсацию изменения сопротивления R в зависимости от других факторов. Полупроводниковые тензорезисторы имеют большой динамический диапазон изменения сопротивления и поэтому могут вырабатывать значительный сигнал, не требующий усиления.

Погрешности измерения тензорезисторами возникают за счёт следующих основных факторов:

- влияния температуры преобразователя на его сопротивление и линейное расширение;

-градуировкой шкал приборов.

- ползучести характеристики, т.е. её изменения, вызываемого остаточными деформациями в преобразователи при длительном действии значительных по величине нагрузок, близких к допустимым;

- невоспроизводимости характеристики преобразования при нагрузке и разгрузке;

- изменения крутизны характеристики преобразования от времени из-за старения материалов, особенно из-за изменения свойств клеящих компонентов;

- снижения чувствительности при увеличении частоты деформаций, когда длина распространяющейся в детали звуковой волны деформации становятся соизмеримой с базой преобразователя.

Наиболее существенное влияние на величину погрешности имеет первый фактор. Для уменьшения самой чувствительной для тензорезисторов температурной погрешности, которая носит в основном аддитивный характер, используют дифференциальную схему включения преобразователей ­– в соседнее плечо моста включают такой же преобразователь, наклеенный на тот же самый материал и помещенный в те же самые температурные условия.

Изменение сопротивления преобразователя от изменения температуры соизмеримо с изменением сопротивления от действия деформации. Температура тензорезистора зависит от температуры окружающей среды и величины тока, протекающего через резистор. Изменения температуры должно учитываться при обработке результатов путём введения коррекций или, что более желательно, автоматической компенсацией температурной погрешности. Для снижения температурной погрешности используют несколько путей:

- выбирают материал для тензорезистора с малым температурным коэффициентом линейного расширения, близким к коэффициенту расширения детали;

- применяют компенсационные преобразователи, располагаемые в непосредственной близости от однотипного рабочего, но не подвергаемы действию деформации;

- используют самокомпенсирующие тензорезисторы, состоящие из двух частей. Одна часть обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления, вторая – отрицательным. Правильным подбором величин и температурных коэффициентов сопротивлений частей датчика добиваются высокой степени компенсации температурной погрешности. Особенно широкое применение такой способ нашёл при изготовлении полупроводниковых тензорезисторов.

Основная погрешность выпускаемых в настоящее промышленностью проволочных и фольговых тензорезисторов при компенсации температурной погрешности не превышает 1%.

Источники информации

1. http://www.all-pribors.ru/opisanie/66504-17-sapfir-22mps-76103

2. http://zavod-ber.ru/preobrazovateli-davleniya/datchiki-davleniya/preobrazovateli-davleniya-sapfir-22/sapfir-22mps/preobrazovatel-davleniya-sapfir-22mps

3. Методы электрических измерений. Учебное пособие для вузов. – Под ред. Э.И. Цветкова и Л., Энергоатомиздат.

4. Кунце Х.-И.: Методы физических измерений. – М.: Мир

5. Г.Г. Раннев, А.П. Тарасенко – Методы и средства измерений. Учебник. – М. ACADEMA