Студопедия — Тензорезисторные преобразователи давления
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Тензорезисторные преобразователи давления






В основе работы тензопреобразователей (тензорезисторов) лежит яв- ление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивле- ния проводниковых и полупроводниковых материалов при их механиче- ской деформации.

По способу закрепления на чувствительных элементах датчиков они делятся на наклеиваемые и ненаклеиваемые, по конструктивному выпол- нению – на проволочные, фольговые, полупроводниковые.

Проволочные тензопреобразователи (рис. 3.14) конструктивно представляют собой отрезок тонкой проволоки l (диаметром 0,02...0,05 мм), которая зигзагообразно наклеена на тонкую бумажную или пленоч- ную основу (подложку) 2. Сверху проволока также закрыта тонкой бума- гой или лаковой пленкой 3, или фетром. Для включения в измерительную схему к концам проволоки припаиваются медные выводы 4.

 

Рис. 3.14. Проволочный тензопреобразователь:

1 – проволока; 2 – подложка;

 
3 – защитная пленка; 4 – медные выводы

 

Измерительной базой преобразователя является длина петель решет- ки А, величина которой лежит в пределах 1,5...100 мм. Ширина решетки В равна 5...10 мм. Номинальное сопротивление 10...1000 Ом, номинальный ток – 30 мА.

Фольговые тензопреобразователи (рис. 3.15) представляют собой дальнейшее развитие проволочных. В них вместо решеток из проволоки применяют решетку из фольги толщиной 0,004...0,012 мм. Рисунок решет- ки выбирают таким, чтобы можно было снизить деформации, которая в фольговых тензопреобразователях практически сводится к нулю. На рис.

3.15,а представлена типовая форма фольгового тензопреобразователя, на рис. 3.15,б – короткобазовый преобразователь, на рис. 3.15,в – для наклей- ки на круглую мембрану.


 
в)

 

Рис. 3.15. Фольговые тензопреобразователи:

а) а – типовой; б – короткобазовый;

в – круговой

 

б)

 

Фольговые тензопреобразователи могут пропускать больший ток,

чем проволочные, благодаря большей площади поперечного сечения про- водника при тех же размерах решетки и большей теплоотдаче, улучшаю- щей теплообмен, вследствие большей площади прилегания к деформируе- мой детали (чувствительному элементу датчика). Благодаря этому можно увеличить значение номинального тока до 0,2 А. Сопротивление фольго- вых тензопреобразователей равно 30...250 Ом.

В качестве материала решеток проволочных и фольговых тензопре- образователей применяются как чистые металлы (серебро, платина, медь), так и сплавы (константан, нихром, манганин и др.).

Основными достоинствами проволочных и фольговых тензопреобра- зователей являются: практически полное отсутствие их влияния на дефор- мацию детали; линейность характеристики; низкая стоимость.

Основным недостатком является относительно низкий температур-

ный диапазон работоспособности: от -40 до +70оС.

Полупроводниковые тензопреобразователи отличаются от прово- лочных и фольговых большим (до 50%) изменением сопротивления при деформации и более высоким пределом чувствительности к температуре (в

10...20 раз).

Их преимущества заключаются в более высоком (в 60 раз) коэффи- циенте тензочувствительности, малых размерах (длина базы А = 3...10 мм), больших значениях выходного сигнала.

Наиболее сильно тензоэффект выражен в таких полупроводниковых материалах, как германий, кремний, антимонид индия, фосфид индия, ар- сенид галлия, антимонид галлия. Для тензопреобразователей чаще приме- няют германий и кремний в виде пластин толщиной 0,03...0,2 мм, шириной

0,5...1 мм и длиной (базой) 3...15 мм.


Существует несколько способов изготовления полупроводниковых тензопреобразователей: вырезание из полупроводникового монокристалла; выращивание монокристалла посредством конденсации паров; нанесение на некоторые виды подложек тонких пленок со свойствами монокристал- лов; получение диффузионным способом. Особенно широкое применение в изготовлении общепромышленных тензорезисторных ИПД в силу своих высоких механических, изолирующих и теплоустойчивых качеств получи- ла технология КНС — «кремний на сапфире». Упрощенная конструкция чувствительного элемента тензопреобразователя, основанного на данной технологии, представлена на рис. 3.16. Чувствительный элемент состоит из сапфировой подложки 3, на которую диффузионным способом нанесены тензорезисторы 4 (чаще всего в виде уравновешенного измерительного моста Уитстона). Подложка припаяна твердым припоем 2 к титановой мембране 1.

 

 
4

3 Рис. 3.16. Чувствительный элемент

2 полупроводникового тензопреобразователя:

1 1 – титановая мембрана; 2 - серебросо-

держащий припой; 3 – сапфировая под-

ложка; 4 – тензорезисторы

 

Чувствительный элемент включается в общую измерительную цепь преобразователя давления, структурная схема которого представлена на рис. 3.17.

Деформация измерительной мембраны под воздействием внешнего давления Р приводит к локальным деформациям тензорезисторного моста, состоящего из постоянных тензорезисторов R 2, R 3, R 4 и переменного R 1. В результате происходит разбаланс моста, который преобразуется электрон- ным блоком и в унифицированный выходной электрический сигнал.

К преимуществам данного типа чувствительных элементов можно отнести достаточно высокий температурный диапазон работоспособности (от -160 до +1500°С), хорошую защищенность чувствительного элемента от воздействия любой агрессивной среды, налаженное серийное производ- ство, низкую стоимость.


 

 

Тензорезисторный чувстви-

тельный элемент

 

 

R 1 R 2

P


Источник питания

 

 

+

-


 


 

R 3 R 4


Электронный блок


 

 

Выходной сигнал


 

 

измерительная мембрана

 

Рис. 3.17. Структурная схема тензорезисторного преобразователя давления

 

Основными недостатками полупроводниковых тензопреобразовате- лей являются: малая гибкость, небольшая механическая прочность, нели- нейность характеристики, большой разброс характеристик однотипных

преобразователей, нестабильность параметров.


 

10 2

 

 

9

 

 

 

 

7 6


Несмотря на данные недос- татки, основная масса датчиков давления в нашей стране выпус- каются на основе тензорезистор- ных чувствительных элементов. Конструкция одной из моделей

такого датчика представлена на

рис. 3.18.

5 Мембранный тензопреобра- зователь 3 размещен внутри осно- вания 9. Внутренний канал 4 тен- зопреобразователя заполнен крем- нийорганической жидкостью и от-


Рис. 3.18. Конструкция измеритель-

ного преобразователя давления:

 

1 – электронный блок; 2 –гермовывод;

3 – тензопреобразователь; 4 - канал; 5 – фланец; 6 - измерительная мембрана; 7 – измерительная камера; 8 – прокладка;

9 – основание; 10 – внутренняя полость.


делен от измеряемой среды метал- лической гофрированной мембра- ной 6, приваренной по наружному контуру к основанию 9. Полость

10 сообщена с окружающей атмо-

сферой. Измеряемое давление по-


дается в камеру 7 фланца 5, который уплотнен прокладкой 8. Измеряемое давление воздействует на мембрану 6 и через жидкость воздействует на


мембрану тензопреобразователя, вызывая ее прогиб и изменение сопро- тивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронный блок 1 по проводам через гермовывод 2.

 







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 1228. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Виды нарушений опорно-двигательного аппарата у детей В общеупотребительном значении нарушение опорно-двигательного аппарата (ОДА) идентифицируется с нарушениями двигательных функций и определенными органическими поражениями (дефектами)...

Особенности массовой коммуникации Развитие средств связи и информации привело к возникновению явления массовой коммуникации...

Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель:выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора...

Характерные черты немецкой классической философии 1. Особое понимание роли философии в истории человечества, в развитии мировой культуры. Классические немецкие философы полагали, что философия призвана быть критической совестью культуры, «душой» культуры. 2. Исследовались не только человеческая...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит...

Кран машиниста усл. № 394 – назначение и устройство Кран машиниста условный номер 394 предназначен для управления тормозами поезда...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия