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) РїСЂРё деформации тензорезистора определяется РёР· выражения: ΔR/R=Δl/l-ΔS/s+Δ ρ/ ρ (1), РіРґРµ l, S, ρ - соответственно длина, площадь поперечного сечения Рё удельное сопротивление РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєР°.

Учитывая, что РІ твердом теле РІ Р·РѕРЅРµ СѓРїСЂСѓРіРёС… деформаций величины поперечных Рё продольных деформаций связаны через коэффициент Пуассона μ как ε_РІ=-μ εl, то выражение (1) можно представить РІ РІРёРґРµ: ΔR/R=Δ&rho/ρ+(1+2μ) ε_l (2), РіРґРµ ε_РІ=ΔРІ/РІ; ε_l=Δl/l

Для определения Δρ/ρ используем формулу Бриджмена, связывающую удельное сопротивление Рё объем РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєР°, С‚.Рµ. >Δρ/ρ=C(ΔV/V), РіРґРµ РЎ - константа Бриджмена .

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

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

Так как РЎ=1, μ=0,3, то для РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРІРѕРіРѕ тензорезистора коэффициент преобразования K=(1+2μ)+C(1-2μ) будет равен РґРІСѓРј.

Для полупроводникового тензорезистивного ПИП удельное сопротивление зависит РѕС‚ механического напряжения σ Рё коэффициента пьезорезистивности π, С‚.Рµ. Δ&rho/ρ=π&sigma=πY(Δl/l), тогда номинальная статическая характеристика его примет РІРёРґ:ΔR/R=(1+2μ+πY)(Δl/l)=πYε_l (5), РіРґРµ Y=σ/ε_l - модуль Юнга.

Для тензорезистора характерна температурная погрешность нуля Рё погрешность тензочувствительности. Изменение начального сопротивления наклеенного тензорезистора определяется РґРІСѓРјСЏ факторами: изменением удельного сопротивления материала РїРѕРґ воздействием температуры Рё РїРѕРґ действием дополнительного механического напряжения, появляющегося РІ тензорезисторе, если коэффициент линейного расширения детали Рё тензорезистора РЅРµ равны. Если &betal_Рґ Рё β_Рї соответственно температурные коэффициенты расширения детали Рё проволоки, то относительная деформация преобразователя , обусловленная изменением температуры РЅР° 1?РЎ, будет равна:

ε_t=(Δl_t/l)(β-β_Рџ) (6)

Изменение сопротивления ΔR_tσ, обусловленное дополнительной информацией РїСЂРё повышении температуры РЅР° 1° РЎ, равно:

ΔR_tσ=SR(Δl_t/l)=SR(β_Р”-β_Рџ) (7), РіРґРµ S - относительная чувствительность преобразователя.

Изменение же сопротивления преобразователя РїСЂРё изменении температуры РЅР° 1°РЎ, обусловленное температурным коэффициентом сопротивления проволоки α, равно: ΔR_tρ=Rα

Таким образом, общее сопротивление преобразователя РїСЂРё изменении температуры РЅР° 1°РЎ будет равно: ΔR_t=RS(β_Р”-β_Рџ)+Rα=R[α+S(β_Р”-β_Рџ)] (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.

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