Конспект лекции: Принцип действия тензорезистивных ПИП



В основе тензорезистивных первичных измерительных преобразователей (ПИП) лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации.

Относительное изменение сопротивления R=ρ(l/S) при деформации тензорезистора определяется из выражения: ΔR/R=Δl/l-ΔS/s+Δ ρ/ ρ (1), где l, S, ρ - соответственно длина, площадь поперечного сечения и удельное сопротивление проводника.

Учитывая, что в твердом теле в зоне упругих деформаций величины поперечных и продольных деформаций связаны через коэффициент Пуассона μ как εв=-μ εl, то выражение (1) можно представить в виде: ΔR/R=Δ&rho/ρ+(1+2μ) εl (2), где εв=Δв/в; εl=Δl/l

Для определения Δρ/ρ используем формулу Бриджмена, связывающую удельное сопротивление и объем проводника, т.е. >Δρ/ρ=C(ΔV/V), где С - константа Бриджмена .

Но так как V=Sl, то Δρ/ρ=C(1-2μ)(Δl/l) (3)

Подставляя (2) и (3) в выражение (1), получим номинальную статическую характеристику преобразователя: ΔR/R=[(1+2μ)+C(1-2μ)]&epsilonl; (4)

Так как С=1, μ=0,3, то для проводникового тензорезистора коэффициент преобразования K=(1+2μ)+C(1-2μ) будет равен двум.

Для полупроводникового тензорезистивного ПИП удельное сопротивление зависит от механического напряжения σ и коэффициента пьезорезистивности π, т.е. Δ&rho/ρ=π&sigma=πY(Δl/l), тогда номинальная статическая характеристика его примет вид:ΔR/R=(1+2μ+πY)(Δl/l)=πYεl (5), где Y=σ/εl - модуль Юнга.

Для тензорезистора характерна температурная погрешность нуля и погрешность тензочувствительности. Изменение начального сопротивления наклеенного тензорезистора определяется двумя факторами: изменением удельного сопротивления материала под воздействием температуры и под действием дополнительного механического напряжения, появляющегося в тензорезисторе, если коэффициент линейного расширения детали и тензорезистора не равны. Если &betalд и βп соответственно температурные коэффициенты расширения детали и проволоки, то относительная деформация преобразователя , обусловленная изменением температуры на 1?С, будет равна:

εt=(Δlt/l)(β-βП) (6)

Изменение сопротивления ΔR, обусловленное дополнительной информацией при повышении температуры на 1° С, равно:

ΔR=SR(Δlt/l)=SR(βДП) (7), где S - относительная чувствительность преобразователя.

Изменение же сопротивления преобразователя при изменении температуры на 1°С, обусловленное температурным коэффициентом сопротивления проволоки α, равно: ΔR=Rα

Таким образом, общее сопротивление преобразователя при изменении температуры на 1°С будет равно: ΔRt=RS(βДП)+Rα=R[α+S(βДП)] (8)

Основным фактором, определяющим выбор измерительной цепи тензорезисторов, является возможность коррекции температурных погрешностей нуля и чувствительности. Поэтому наиболее распространенной измерительной цепью является дифференциальная мостовая, во все плечи которой включаются тензорезисторы, испытывающие деформации различных знаков, т.е. два работают на растяжение, а два – на сжатие.

Можно выделить две основные области применения тензопреобразователей: исследование физических свойств материалов, деформаций и напряжений в деталях и конструкциях и измерение неэлектрических величин.


Здесь полиуретановое защитное покрытие по выгодной цене


Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.