Устройство и установка проволочных тензодатчиков

Устройство наиболее распространенного проволочного тензодатчика показано на рис. 2. На полосу тонкой прочной бумаги наклеена уложенная зигзагообразно тонкая проволока.

Таблица1. Характеристики сплавов для проволочных тензодатчиков

Материал (его состав)	Относительная чувствительность	Температурный коэффициент сопротивления, 1/ºС	Удельное сопротивление, Ом мм2/м	ТермоЭДС в паре с медью, мкВ/ºС	Предел прочности	Температурный коэффициент линейного расширения, 1/ºС
Константан (медь, никель)	1,9-2,1	(-5÷+5) 10-5	0,46-0,50	47	650	14-15
Нихром (никель, хром)	2,0	(15÷17) 10-5	0,9-1,7	25	-	14
Железохромалюминиевый сплав	2,8-2,9	(0,7÷2) 10-5	1,35-1,55	5-6	1200	-
Манганин (медь, марганец, никель)	0,47-0,5	(-3÷+2) 10-5	0,4-0,45	2	-	16-18
Хромель (никель, железо, хром)	2,5	(10÷50) 10-5	0,7-1,1	16	-	14,8

 Рис. 2 Проволочный наклеиваемый тензодатчик

К концам проволоки с помощью пайки или сварки присоединены выводы из медной фольги, с помощью которых датчик подключен в измерительную цепь. Сверху проволока также защищена от внешних воздействий тонкой бумагой. Тензодатчик приклеивают к испытуемой детали, благодаря чему деформацию детали воспринимает проволочная решетка. Длина детали, занимаемая проволокой, называется измерительной базой датчика L.

Для того чтобы получить наибольшее изменение сопротивления датчика, его надо расположить в направлении действия деформирующего усилия (сжатия или растяжения), т. е. направление измерительной базы должно совпадать с осью, по которой направлено усилие. Если же направления базы и усилия взаимно перпендикулярны, то деформация и изменение сопротивления очень малы. Если расположить несколько датчиков под углом друг к другу, то можно определить не только величину деформации, но и направление приложенных к детали усилий.

Приклейка датчика к детали — очень важная технологическая операция. Качество ее выполнения сильно влияет на точность и надежность работы тензодатчика. Перед приклейкой производят тщательную очистку и обезжиривание поверхности детали. Наиболее часто для приклейки используются бакелито-фенольные клеи: БФ-2 для температуры до 100 °С и кислой среды; БФ-4 для температуры до 60 ºС и щелочной среды. Сушка проводится при повышенных температурах в течение часа. Для защиты от влаги используют парафиновые и другие покрытия. Разработаны специальные клеи (на кремнийорганической основе) и покрытия для использования тен-зодатчиков при температурах до 1000 °С.

При выборе измерительной схемы для тензодатчиков необходимо учитывать два обстоятельства. Во-первых, проволочные тензодатчики имеют малое относительное изменение сопротивления ( < 1 %) Для увеличения чувствительности применяют мостовые схемы с двумя или четырьмя одинаковыми датчиками, наклеиваемыми на испытуемую деталь таким образом, что датчик, включенный в одно плечо моста, работает на сжатие, а датчик, включенный в смежное плечо моста, работает на растяжение Во-вторых, необходимо принимать меры для компенсации температурной погрешности Мостовая схема включения тензодатчиков с компенсацией температурной погрешности показана на рис 3, а.

Рабочий датчик с сопротивлением R_p наклеивается в направлении действия усилия, а другой — компенсационный — датчик с сопротивлением R_K наклеивается в перпендикулярном направлении Датчики R_p и R_K находятся в одинаковых тепловых условиях. При деформации детали изменяется сопротивление только датчика R_p. А при изменении температуры в одинаковой степени изменяются сопротивления R_p и R_K Поэтому при деформации нарушается баланс моста () и появляется выходной сигнал Δ U, пропорциональный усилию или деформации. При изменении температуры баланс моста не нарушается

На рис. 3, б показана мостовая схема включения тензодатчиков повышенной чувствительности, а на рис. 3, в показаны места крепления тензодатчиков. В противоположные плечи моста  и  включены датчики, работающие на растяжение (приклеенные к верхней поверхности изгибающейся под действием силы F пластины). А в плечи моста R ₂ и R ₄ включены датчики, работающие на сжатие (приклеенные к нижней поверхности пластины). Условие баланса моста () при деформации пластины нарушается весьма сильно:  и  увеличиваются,  и  уменьшаются. Поэтому выходной сигнал мостовой схемы Δ U значительно больше, чем при одном изменяющемся плече моста Чувствительность при этом повышается примерно в четыре раза Одновременно такая схема обеспечивает и температурную компенсацию.

Рис 3 Схемы включения и места крепления тензодатчиков

По конструктивным параметрам тензодатчики подразделяются на датчики с малой базой (L=0,4÷4мм); со средней базой (L = 4÷25мм); с большой базой (L > 25 мм). Активное сопротивление датчиков с малой базой 5—100 Ом, со средней базой 100— 400 Ом, с большой базой до 1000 Ом. Ширина датчиков от 3 до 60 мм. Длина выводов датчиков составляет 20—80 мм. Относительная чувствительность проволочных тензодатчиков зависит от материала проволоки: для константана ; для элинвара  (см. табл. 1).