Тензометрический резистор

Принцип действия тензорезистора и схема работы.

Основа работы  тензорезистора -измерение деформации. Внешняя сила прилагается  к упругому элементу и создает  механическое напряжение, в результате чего  возникает деформация материала. Если упругий элемент(тело) деформируют в виде растяжения, до  длина материала L увеличивается на значение ∆L и становится равной L + ∆L. Отношение ΔL к L, т е. ΔL/L, называется деформацией. При сжатии (сжимающей силы), длина L уменьшается на ΔL и становится равна L-ΔL. Деформация здесь = (-ΔL/L).

Что такое тензорезистор? 

Тензорезистор — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации.

Электрическое сопротивление материала(металла) меняется пропорционально механической деформации, вызванной внешней силой, воздействующий на чувствительный элемент (металл). При приклеивании  чувствительного элемента(металлической плёнки или фольги) к объекту измерения (измерительному телу) через тонкий слой диэлектрика(фенол или бумага и.т.д) Чувствительный элемент тензорезистора  деформируется вместе с деформации тела измерения.  При деформации тензорезистора происходит изменение электрического сопротивления. R(электрическое сопротивление, ОМ) растёт при растяжении и уменьшается при сжатии .  Тензорезистор - это  чувствительный элемент, который преобразует собственную  механическую деформацию в изменение электрического сопротивления.

Эту закономерность можно описать следующей формулой: 

Сопротивление R = ρ l/S где:

R — сопротивление [Ом]

l — длина проводника [м]

S — площадь поперечного сечения [мм^2]

ρ — удельное сопротивление [Ом*мм^2/м].

Единица измерения сопротивления — Ом

Строение(конструкция) тензорезистора

Тензорезистор состоит из  из тонкой проволоки (или фольги) с высокой точностью выложенной в виде решётки на специальную подложку. Подложка тензорезистора должна быть изоляционной. Тензорезистор также имеет выводы. Выводы могут быть "голыми", с припоем, или с нарощенными контактными проводами. Почти всегда фольговую решётку тензорезистора покрывают защитной плёнкой

Принцип работы тензорезистора

При деформации объекта измерения,  деформация передается чувствительному элементу(резистивной фольге или проволке) тензорезистора через изоляционную подложку . Вместе с механической  деформацией  фольги или плёнки, её электрическое сопротивление изменяется пропорционально и уравнением : 



Если R=R1=R2=R3=R4, сопротивление чувствительного элемента (фольгового или проволочного )из-за деформации изменяется и становится равным R+ΔR.  Изменение выходного напряжения Δe из-за деформации задано уравнением: 


При измерении деформации (изменения сопротивления) тензорезистором,   его подключают к измерительному устройству, называемому тензометром.
Тензометр содержит мост Уинстона и подаёт напряжение возбуждения.
Измеренная деформация посредством изменения электрического сопротивления(Ом) тензорезистора выводится в виде аналогового сигнала.


Тензорезистор содержит мост Уитстона и обеспечивает напряжение возбуждения. Измеренное значение деформации отображается на цифровом дисплее и/или выводится в виде аналогового сигнала.

Классификация (типы) тензорезисторов

По материалу решётки (чувствительного элемента):

• фольговые – решетка выполнена из тонкого слоя металла (фольги);
• проволочные – решетка выполнена из тонкой проволоки;
• полупроводниковые – выполнен из пластины монокристалла полупроводника.

По типу решётки:

Чувствительный элемент фольговых тензорезисторов называют чувствительной решеткой. В зависимости от количества решеток, их расположения, соединения и базы тензорезистора выделяют следующие:

1. Одноэлементный (линейный, одиночный, четвертьмостовой, буквенные обозначения AA, AB) – тензорезистор, состоящий из одной решетки для измерения деформации, направленной в одном направлении (растяжение/сжатие);

2. Полумостовый(буквенные обозначения HA, BB, FB, GB) – тензорезистор, состоящий из двух решеток, соединенных или не соединенных друг с другом, расположенных на единой подложке, так что они образуют половину измерительного моста;

3. Полномостовый, полный мост (буквенные обозначения EB, FG) – тензорезистор, состоящий из четырех решеток, соединенных друг с другом, так что они образуют полный измерительный мост;

4. Mембранный (буквенные обозначения KA, KB) – подвид полномостового тензорезистора, состоящий из четырех решеток расположенных на одной подложке специальным образом, предназанченным для измерения радиальных и кольцевых деформаций;

5. Многоэлементный (розетка, тензорозетка, буквенные обозначения BA, CA, CE, BC, CB, CC, CD) – тензорезистор, состоящий из нескольких решеток, расположенных на одной подложке, для измерения деформации в двух или трех направлениях;

6. Цепочки тензорезисторов – тензорезистор, состоящий из нескольких решеток, близко расположенных на единой подложке, для измерения распределения деформаций по длине тензорезистора.

Система обозначений характеристик тензорезисторов Sierra и Zemic

 

Как купить тензорезистор?

Обозначение тензорезистора на схеме УГО (условно-графическое обозначение)