Материал: Методы и средства испытаний и контроля приборов и систем. Никитин Л.Н., Пирогов А.А

пыли, влаги, температуры окружающей среды, и поэтому эти тензометры не получили должного распространения.

В индуктивных тензометрах используется изменение реактивного сопротивления катушки от действия деформации. Различают индуктивные тензометры с поперечным перемещением якоря, в котором изменяется зазор в магнитопроводе, тензометры с продольным перемещением якоря, при котором изменяется объем сердечника в полости катушки и тензометры с переменной магнитной проницаемостью. Конструкция индуктивного тензометра с продольным перемещением якоря приведена на рис. 2.16.

Подвижная призма 1 через рычаг 2 и тягу 3 передает перемещение якорю 4, который может перемещаться внутри двух катушек 5. Перемещение сердечника внутри катушек приводит к изменению коэффициента взаимоиндукции катушек, что вызывает электрический выходной сигнал, пропорциональный измеряемой деформации. Индуктивные тензометры с продольным перемещением якоря имеют большую базу (10100 мм). Эти тензометры применяют для измерения деформаций больших конструкций. Преимуществом таких тензометров является нечувствительность к внешним воздействиям.

Рис. 2.16. Индуктивный тензометр с продольным перемещением якоря

Индуктивные тензометры с переменной магнитной проницаемостью основаны на использовании магнитоупругих преобразователей, проницаемость сердечника которых

146

изменяется в зависимости от возникающих в них механических напряжений, обусловленных воздействием внешних механических сил. Магнитоупругие сердечники преобразователя характеризуются относительной магнитоупругой чувствительностью. Размеры сердечников выбирают по допустимому механическому напряжению в материале. Максимальное напряжение не должно превышать (3-5)10 МПа для никеля и пермаллоев и (1 - 1,2)102 МПа для трансформаторных сталей и пермендюров.

Существует большой класс тензометров, действие которых основано на принципе изменения сопротивления металлов или полупроводников под действием деформаций. Чувствительными элементами таких тензометров являются тензорезисторы, которые обычно наклеивают на упругие элементы, преобразующие измеряемую механическую величину в деформацию упругого элемента. На рис. 2.17 показана схема чувствительного упругого элемента с тензорезисторным преобразователем для измерения механических величин.

Рис. 2.17. Чувствительный упругий элемент с тензорезисторным преобразователем

На П образную скобу наклеивают тензорезистор Т, перемещения опорных концов скобы вызывают изгиб и деформацию верхней части скобы. Скоба является преобразователем перемещений. Сигнал с тензорезистора поступает на схему обработки и регистрации. Одной из

147

важнейших частей тензометров данного класса является упругий элемент, на который наклеивают тензорезистор. Выбор конструкции упругого элемента, материала, из которого его изготовляют, определяется многими факторами, такими как объект исследования, диапазон измерения деформаций и допустимая погрешность. В практике измерений получили распространение проволочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы.

Проволочные тензорезисторы используют в качестве чувствительного элемента решетку, выполненную из тонкой проволоки диаметром 2 - 30 мкм, полученной методом волочения или микрометаллургии.

Проволочные одноэлементные тензорезисторы в зависимости от вида чувствительного элемента подразделяют на пять групп:

–общего назначения с плоской петлевой решеткой из

натянутой проволоки диаметром 10 - 30 мкм с базами Lp= 2- 100 мм (рис. 2.18,а); с двухслойной петлевой решеткой базами 1-3 мм (рис. 2.18,б); с плоской беспетлевой многопроволочной решеткой из тянутой проволоки диаметром 10-30 мкм с

базами Lp = 3 - 200 мм (рис. 2.18,в); беспетлевые однопроволочные из тянутой проволоки диаметром 10 - 20 мкм с базами Lp от 10 мм и выше (рис. 2.18,г);

–беспетлевые однопроволочные из жилы литого

микропровода диаметром 2-6 мкм с базами Lp = 1-3 мм (рис.

2.17,д).

Рис. 2.18. Схемы проволочных одноэлементных тензорезисторов

При измерении сил, деформаций в нескольких

148

направлениях применяют многоэлементные тензорезисторы, так называемые розетки (рис. 2.19), которые образованы из двух, трех или четырех линейных тензочувствительных элементов на одной общей основе. Коэффициент тензочувствительности проволочных тензорезисторов равен 2,0 ± 0,2. Номинальный рабочий ток - около 30 мА, предел измерения относительных деформаций 0,003, поперечная чувствительность составляет 2 % от продольной.

Рис. 2.19. Схемы многоэлементных тензорезисторов

Беспетлевые тензорезисторы свободны от поперечной чувствительности, отличаются большей стабильностью при длительных измерениях. В качестве основы для пленки проволочных тензорезисторов используют бакелитовый лак, клей БФ-2. Резисторы изготовленные на пленке из клея БФ-2, способны работать при температурах от -40 до 70 °С, а на бакелитовом лаке - до 200 °С. Для высокотемпературных тензорезисторов используют клеи В-58, ВН-15, выдерживающее температуру до 400 °С, или цементы Б·б6, ВН-12 при измерениях до 800 °С.

Фольговые тензорезисторы имеют решетку не из круглого провода, а из тонких полосок фольги прямоугольного сечения толщиной 4-12 мкм, которые наносят на пленку из синтетической смолы или бумаги, пропитанной клеем. Толщина пленочного основания тензорезистора составляет 30-40 мкм, бумажного 80100 мкм. В связи с большей теплоотдачей фольговых тензорезисторов ток, протекающий через преобразователь, может составлять 0,5А, что повышает чувствительность тензопреобразователя. В качестве основы используют пленку из лака ВЛ-931, клея БФ-

149

2 и бумагу. Основные характеристики фольговых тензорезисторов приведены в табл. 4.6. Температурный диапазон фольговых тензорезисторов 1ФКТК и 2ФКТК от -50 до 50 °С, а ЗФКТКот 10 до 200 °С, предельная измеряемая относительная деформация 0,003.

150