Tenometer — transduser pengukur tensometrik

Penderia tolok terikan — transduser perintang parametrik yang menukarkan ubah bentuk badan tegar yang disebabkan oleh tekanan mekanikal yang dikenakan padanya kepada isyarat elektrik.

Tolok tekanan rintangan ialah tapak dengan unsur sensitif yang dipasang. Prinsip pengukuran terikan menggunakan tolok terikan ialah rintangan tolok terikan berubah semasa terikan. Kesan perubahan rintangan konduktor logam di bawah tindakan mampatan bulat (tekanan hidrostatik) ditemui pada tahun 1856 oleh Lord Kelvin dan pada tahun 1881 oleh OD Hvolson.

Dalam bentuk modennya, tolok terikan secara struktur mewakili perintang terikan, unsur sensitifnya diperbuat daripada bahan sensitif ketegangan (wayar, kerajang, dsb.), dipasang dengan pengikat (gam, simen) pada bahagian yang disiasat. (Rajah 1). Untuk menyambungkan elemen penderiaan kepada litar elektrik, tolok terikan mempunyai wayar.Sesetengah reka bentuk tolok terikan untuk pemasangan yang lebih mudah, mereka mempunyai pad yang terletak di antara elemen sensitif dan bahagian yang sedang diuji, serta elemen pelindung yang terletak di atas elemen sensitif.

Rajah 1 Skema tolok terikan: 1- unsur sensitif; 2- pengikat; 3- substrat; 4- perincian yang disiasat; 5- elemen pelindung; 6- blok untuk pematerian (kimpalan); Pendawaian 7 wayar

Dengan semua kepelbagaian tugas yang diselesaikan menggunakan transduser tolok terikan, dua bidang utama penggunaannya boleh dibezakan:

— mengkaji sifat fizikal bahan, ubah bentuk dan tegasan dalam bahagian dan struktur;

— penggunaan tolok terikan untuk mengukur nilai mekanikal yang ditukar kepada ubah bentuk unsur elastik.

Kes pertama dicirikan oleh sejumlah besar titik pengukuran voltan, julat luas perubahan dalam parameter persekitaran, serta kemustahilan untuk menentukur saluran pengukuran. Dalam kes ini, ralat pengukuran ialah 2-10%.

Dalam kes kedua, penderia ditentukur mengikut nilai yang diukur dan ralat pengukuran berada dalam julat 0.5-0.05%.

Contoh penggunaan tolok terikan yang paling menarik ialah neraca. Skala kebanyakan pengeluar Rusia dan asing dilengkapi dengan tolok terikan. Skala sel beban digunakan dalam pelbagai industri: metalurgi bukan ferus dan ferus, kimia, pembinaan, makanan dan industri lain.

Prinsip operasi penimbang elektronik dikurangkan kepada mengukur daya graviti yang bertindak pada sel beban dengan menukarkan perubahan yang terhasil, seperti ubah bentuk, kepada isyarat elektrik keluaran berkadar.

Penggunaan luas perintang tensor dijelaskan oleh beberapa kelebihannya:

- saiz kecil dan berat;

— inersia rendah, yang membolehkan penggunaan tolok terikan untuk pengukuran statik dan dinamik;

- mempunyai ciri linear;

— membenarkan pengukuran dibuat dari jauh dan di banyak titik;

— kaedah pemasangannya pada bahagian yang diperiksa tidak memerlukan peranti yang kompleks dan tidak memesongkan medan ubah bentuk bahagian yang diperiksa.

Dan kelemahan mereka, iaitu kepekaan suhu, boleh dikompensasikan dalam kebanyakan kes.

Jenis penukar dan ciri reka bentuknya

Operasi tolok terikan adalah berdasarkan fenomena kesan ubah bentuk, yang terdiri daripada perubahan dalam rintangan aktif wayar semasa ubah bentuk mekanikalnya. Ciri kesan ubah bentuk bahan ialah pekali sensitiviti ubah bentuk relatif K, ditakrifkan sebagai nisbah perubahan rintangan kepada perubahan panjang konduktor:

k = er / el

di mana er = dr / r — perubahan relatif dalam rintangan konduktor; el = dl / l — perubahan relatif dalam panjang wayar.

Semasa ubah bentuk badan pepejal, perubahan panjangnya dikaitkan dengan perubahan dalam jumlah, dan sifatnya, khususnya, nilai rintangan, juga berubah. Oleh itu, nilai pekali sensitiviti dalam kes umum harus dinyatakan sebagai

K = (1 + 2μ) + m

Di sini, kuantiti (1 + 2μ) mencirikan perubahan rintangan yang berkaitan dengan perubahan dalam dimensi geometri (panjang dan keratan rentas) konduktor, dan — perubahan dalam rintangan bahan yang berkaitan dengan perubahan dalam fizikalnya. harta benda.

Jika bahan semikonduktor digunakan dalam penghasilan tensor, sensitiviti ditentukan terutamanya oleh perubahan dalam sifat bahan kekisi semasa ubah bentuk dan K »m dan boleh berbeza untuk bahan yang berbeza dari 40 hingga 200.

Semua penukar sedia ada boleh dibahagikan kepada tiga jenis utama:

- wayar;

- kerajang;

- sebuah filem.

Telemeter wayar digunakan dalam teknik mengukur kuantiti bukan elektrik dalam dua arah.

Arah pertama ialah penggunaan kesan ubah bentuk konduktor dalam keadaan mampatan isipadu, apabila nilai input semulajadi transduser ialah tekanan gas atau cecair sekeliling. Dalam kes ini, transduser adalah gegelung wayar (biasanya manganin) yang diletakkan di kawasan tekanan yang diukur (cecair atau gas). Nilai keluaran penukar ialah perubahan dalam rintangan aktifnya.

Arah kedua ialah menggunakan kesan ketegangan wayar tegangan yang diperbuat daripada bahan sensitif ketegangan. Dalam kes ini, sensor voltan digunakan dalam bentuk penukar "percuma" dan dalam bentuk yang terpaku.

Tolok terikan "bebas" dibuat dalam bentuk satu atau satu baris wayar, dipasang pada hujung antara bahagian alih dan tak alih dan, sebagai peraturan, secara serentak melaksanakan peranan elemen elastik. Nilai input semula jadi transduser tersebut adalah pergerakan yang sangat sedikit bagi bahagian yang bergerak.

Peranti jenis tolok terikan dawai terikat yang paling biasa ditunjukkan dalam rajah 2. Kawat nipis dengan diameter 0.02-0.05 mm, diletakkan dalam corak zigzag, dilekatkan pada jalur kertas nipis atau kerajang lakuer. Wayar tembaga berplumbum disambungkan ke hujung wayar. Bahagian atas penukar ditutup dengan lapisan varnis dan kadang-kadang dimeterai dengan kertas atau kain.

Transduser biasanya dipasang supaya sisi terpanjangnya berorientasikan ke arah daya yang diukur. Transduser sedemikian, dilekatkan pada spesimen ujian, melihat ubah bentuk lapisan permukaannya. Oleh itu, nilai input semula jadi transduser terpaku ialah ubah bentuk lapisan permukaan bahagian yang dilekatkan, dan output ialah perubahan rintangan transduser yang berkadar dengan ubah bentuk ini. Secara amnya, penderia terpaku digunakan lebih kerap daripada yang tidak terpaku.

Rajah 2 - tolok terikan wayar terikat: 1 - wayar tolok terikan; 2- gam atau simen; 3- sandaran selofan atau kertas; wayar 4 wayar

Tapak pengukur transduser ialah panjang bahagian yang diduduki oleh wayar. Transduser yang paling biasa digunakan ialah tapak 5-20 mm dengan rintangan 30-500 ohm.

Sebagai tambahan kepada reka bentuk tolok terikan kontur yang paling biasa, terdapat yang lain. Sekiranya perlu untuk mengurangkan tapak pengukur transduser (kepada 3 — 1 mm), ia dilakukan dengan kaedah penggulungan, yang terdiri daripada penggulungan lingkaran wayar sensitif beban pada mandrel keratan rentas bulat pada tiub kertas nipis. Tiub ini kemudiannya dilekatkan, dikeluarkan dari mandrel, diratakan, dan wayar dilekatkan pada hujung wayar.

Apabila perlu untuk mendapatkan arus yang besar daripada litar dengan termoconverter, mereka sering menggunakan tolok terikan "Kuasa" dengan wayar bergelung... Ia terdiri daripada sejumlah besar (sehingga 30 — 50) wayar yang disambungkan secara selari, berbeza dalam saiz besar (panjang tapak 150 — 200 mm) dan membolehkan peningkatan ketara dalam arus yang melalui penukar (Rajah 3).

Lukisan 3- Tenometer dengan rintangan rendah ("kuat"): 1 — dawai tolok terikan; 2- gam atau simen; 3- sandaran selofan atau kertas; wayar 4 pin

Probe wayar mempunyai kawasan sentuhan kecil kepada sampel (substrat), yang mengurangkan arus kebocoran pada suhu tinggi dan membawa kepada voltan pengasingan yang lebih tinggi antara elemen sensitif dan sampel.

Sel beban foil ialah versi sel beban pelekat yang paling popular. Transduser kerajang ialah jalur kerajang setebal 4-12 mikron, di mana sebahagian daripada logam dipilih dengan mengetsa sedemikian rupa sehingga selebihnya membentuk grid plumbum yang ditunjukkan dalam Rajah 4.

Dalam pengeluaran grid sedemikian, sebarang corak grid boleh diramalkan, yang merupakan kelebihan ketara bagi tolok terikan foil. Dalam imej 4, a menunjukkan rupa transduser foil yang direka untuk mengukur keadaan tegasan linear, dalam rajah. 4, c - transduser foil yang dilekatkan pada aci untuk mengukur tork, dan dalam rajah. 4, b - terpaku pada membran.

Lukisan 4- Penukar Kerajang: 1- gelung pelarasan; 2- bengkok sensitif kepada daya tegangan membran; 3- putaran sensitif kepada daya mampatan diafragma

Kelebihan serius penukar foil ialah kemungkinan meningkatkan keratan rentas hujung penukar; kimpalan (atau pematerian) wayar boleh dilakukan dalam kes ini dengan lebih dipercayai daripada dengan penukar wayar.

Pengubah bentuk kerajang, berbanding dengan wayar, mempunyai nisbah permukaan unsur sensitif yang lebih tinggi kepada luas keratan rentas (sensitiviti) dan lebih stabil pada suhu kritikal dan beban yang mampan. Luas permukaan yang besar dan keratan rentas kecil juga memastikan sentuhan suhu yang baik antara penderia dan sampel, yang mengurangkan pemanasan sendiri penderia.

Untuk pengeluaran tolok terikan foil, logam yang sama digunakan seperti untuk telenometer (constantan, nichrome, aloi nikel-besi, dll.), dan bahan lain juga digunakan, contohnya, aloi titanium-aluminium 48T-2, yang mengukur terikan sehingga 12 %, serta beberapa bahan semikonduktor.

Tensor filem

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kaedah lain untuk pengeluaran besar-besaran terikan rintangan terikat telah muncul, yang terdiri daripada pemejalwapan vakum bahan sensitif terikan dan pemeluwapan seterusnya pada substrat yang disembur terus ke bahan kerja. Transduser sedemikian dipanggil transduser filem. Ketebalan kecil tolok terikan tersebut (15-30 mikron) memberikan kelebihan yang ketara apabila mengukur terikan dalam mod dinamik pada suhu tinggi, di mana pengukuran terikan adalah bidang penyelidikan khusus.

Sebilangan tolok terikan filem berasaskan bismut, titanium, silikon atau germanium telah dibuat dalam bentuk jalur konduktif tunggal (Rajah 5).Transduser sedemikian tidak mempunyai kelemahan untuk mengurangkan sensitiviti relatif transduser berbanding dengan sensitiviti bahan dari mana transduser dibuat.

Rajah 5- Tolok terikan filem: 1- filem tolok terikan; 2- kerajang lakuer; wayar 3 pin

Pekali tolok terikan bagi transduser berasaskan filem logam ialah 2-4, dan rintangannya berbeza dari 100 hingga 1000 ohm. Transduser yang dibuat berdasarkan filem semikonduktor mempunyai pekali tertib 50-200 dan oleh itu lebih sensitif kepada voltan yang digunakan. Dalam kes ini, tidak perlu menggunakan litar penguat, kerana voltan keluaran jambatan perintang terikan semikonduktor adalah lebih kurang 1 V.

Malangnya, rintangan penukar semikonduktor berbeza dengan voltan yang digunakan dan pada asasnya tidak linear pada keseluruhan julat voltan, dan juga sangat bergantung pada suhu. Oleh itu, walaupun penguat diperlukan apabila bekerja dengan pengubah bentuk filem logam, kelinearan adalah sangat tinggi dan kesan suhu boleh dikompensasikan dengan mudah.