Что это такое тензорезистор? Назначение, применение и области использования.

Современные тензорезисторы предназначаются для решения трех основных задач. Первое, это измерение материала при изменениях формы при деформировании. Второе — установление механической напряженности в объектах, обусловленного деформированием, а также её влиянием на прочность конструкционных деталей. И наконец, третье — вычисление физических параметров, опосредованно определяемых путем перерасчета сжатий-удлинений, например, давления.

Кратко об характеристиках и физических свойствах тензометрических оснований
Упругое основание поддается деформированию под воздействием напряжения, возникающего в результате внешнего усилия. При удлинении материал растягивается, что соответствует деформации ΔL/L. При сжатии длина уменьшается, что соответствует деформированию — ΔL/L.

Каково основное определение тензорезистора?
Сопротивление металла зависит от механической деформации, вызванной внешними усилиями. Тензорезистор — это датчик, который выполняют из тончайшего слоя металла, нанесенного на диэлектрическую основу, он чувствителен к сжатию-растяжению, что прямо пропорционально показаниям в Ом.

Кратко об устройстве тензорного резистора
Конструкция тензорезистора состоит из решетки, изготовленной из ультратонкого проводника или фольгированной основы, которые укладывают на диэлектрическую подложку. Противолежащие концы проводника присоединяют к выводным контактам, которые предназначаются для соединения решетки с электрической схемой, чтобы иметь возможность проводить измерения изменение электросопротивления.

Как работает тензорезистор?

При растягивании изоляционной подложки тензорезистора происходит деформация токопроводящей решетки. Происходит увеличение длины и уменьшение поперечного сечения устройства, что влечет к увеличению электросопротивления компонента.

При сжатии подложки происходит обратно пропорциональный процесс. Сопротивление тензорезистора уменьшается, относительно состояния отсутствия какой-либо деформации.

Этот процесс описывает приведенное ниже уравнение:

Колебания значений очень небольшие, в пределах тысячных долей Ом, поэтому для снятия показаний используют современные сверхчувствительные вольтметры, а также применяются прецизионные усилители с блоком АЦП. Полупроводниковые элементы имеют отличия с пленочными в чувствительности к деформированию.

Как правило, для преобразования величины электросопротивления в показания напряжения на выходе используют мост Уитстона, который изображен ниже.

В данной схеме находит применение чувствительный к деформациям элемент, который обозначен на схеме Rx. Он предназначается для контроля изменения его величины, которая происходит не только от сжатия или растяжения, но и температуры. Это вызывает погрешность результатов измерений и для снижения этих факторов используют сплавы с низким температурным коэффициентом электросопротивления. В представленном рисунке для компенсации влияния температуры находит применение, вместо обычного резистора R3, тензорный с обратным значением. Компенсация достигается разнонаправленным монтажом устройств на деформируемы деталях. На основании полученных данных используют поправочный коэффициент.

Выходное напряжение описывается выражением:

Если при изменении длины равные между собой электросопротивления начинают меняться R+ ΔR или R – ΔR, будет также меняться выходное напряжение. Основные переменные сопротивления подключаются к устройству, который называется тензометром, он же мост Уитсона, который предназначается для чтения аналогового сигнала. При измерении подается напряжение возбуждения и полученные величины сжатия или удлинения выводятся в АЦП аналоговым сигналом, а далее следует преобразование в цифровой и обработка данных контроллером.