А /о существует линейная зависимость, определяемая выражением

- = о-

в этом выражении коэффициент пропорциональности fi называют относительной чувствительностью тензочувствительностью проволочного датчика. Величина 6 зависит не только от состава сплава проволоки, но и от технологии ее обработки. Ориентировочные значения fi для некоторых материалов следующие: константан - 1,9-2,2; нихром - 2; железо-хром-алюминиевый сплав 2,8-2,9.

Чувствительность теизодатчика может быть получена из следующего соотношения:

Д/ lo

(19-7)

Для повышения чувствительности датчик изготовляется из тонкой проволоки (диаметром 0,02-0,05 мм) с высоким удельным сопротивлением.

Проволочные датчики используются при измерении малых перемещений, деформаций, механических усилий и вибраций (в манометрах, динамометрах, микрометрах, и других аналогичных устройствах). Градуировка датчиков производится при испытании эталонных деталей, зависимость упругих деформаций которых от прилагаемых сил известна. Из партии изготовленных датчиков отбирается несколько штук, и на гра-дуироБочной установке с использованием эталонных деталей, подвергаемых деформации, определяется их средняя чувствительность. Полученное таким образом среднее значение чувствительности присваивается всей партии.

Ошибки преобразования с помощью проволочных датчиков обусловливаются зависимостью сопротивления проволоки датчика от температуры, нагревом проволоки при протекании по ней измерительного тока, нарушением крепления датчика на исследуемой детали и неточностью его градуировки.

Простейший метод компенсации температурных погрешностей тензодатчиков состоит в том, что используются два датчика, которые включаются в смежные плечи мостовой измерительной схемы. При этом один из них наклеивается на испытываемую деталь, а другой находится в одинаковых температурных условиях. Изменения их сопротивления из-за окружающей температуры взаимно компенсируются в измерительной схеме.

Погрешность преобразования тензодат-чиками составляет 1-2%.

Для повышения чувствительности измерителя с тензодатчиком целесообразно увеличивать измерительный ток, протекающий по проволоке датчика. Однако вызванный этим нагрев проволоки увеличивает погрешности при измерении деформации. Допустимые значения измерительного тока опреде-

ляются размерами й теплопроводностью испытуемой детали, на которую наклеен датчик. Для датчика из константановой проволоки, например, в зависимости от ее диаметра допустимы следующие значения тока: d=50 жк-/=100 ма; d=25 жк-/=35 ма; d=12 жк-/=12,5 ма.

Недостатки тензодатчиков заключаются в следующем:

при изменении преобразуемой величины сопротивление датчика изменяется незначительно (менее 1%), поэтому необходимо применять в схемах измерителей с проволочными датчиками стабильные усилители с большим коэффициентом усиления;

сопротивление датчика существенно зависит от температуры окружающей среды, что вызывает значительные ошибки при измерении;

требуется тщательная наклейка датчика на испытуемую деталь, соответствующая наклейке ее при градуировке; в противном случае возникают существенные ошибки при измерении (преобразовании).

Тензолитовые датчики (тензолиты) изготовляют в виде лент или проволок из композиционных материалов, содержащи.х связующие вещества (смолы), наполнитель (мел, тальк, кварц) и проводящие вещества (уголь, сажу, графит). Отрезок тензоли-та с отводами наклеивается на бумагу (рис. 19-5, в), а затем вместе с последней - на испытуемую деталь.

Тензолитовые датчики весьма перспективны. Они дают значительно большие относительные изменения сопротивления (на порядок выше) при равных с проволочными датчиками деформациях. Однако тензолитовые датчики имеют большой температурный -коэффициент и недостаточно стабильны, что пока ограничивает их широкое применение.

В последнее время широко используются также фольговые датчики, у которых проводящий элемент делается из фольги (рис. 19-5, г). Такие датчики имеют боль-шvю теплоотдачу, через них могут проходить большие токи, в результате чего они часто применяются без усилителей.

Датчики контактного сопротивления

Известно, что контактное сопротивление между соприкасающимися поверхностями двух твердых тел зависит от величины давления одного тела на другое. Эта зависимость Б общем виде представляется выражением

/ = + дГ

(19-8)

где Ro - электрическое сопротивление тела контактов; Шр, nil ~ постоянные величины, характеризующие материалы контактов;

Р- усилие сжатия; М ~- величина взаимного перемещения контактов при их деформации (сжатии).

Из приведенного выражения следует, что с увеличением сжимающей силы Р контактное сопротивление Рк уменьщается и наоборот. На этом свойстве основано преобразующее действие контактных датчиков.

сопротив-

Рис. 19-6- Датчик контактного ления.

о - обычный; 6 - дифференциальный; 1 - корпус; 2 - металлическая шайба; i - изоляционная прокладка; 4 - контакт ная пластина; 5 - угольные шайбы.

Контактное сопротивление между поверхностью двух твердых тел зависит также от материала этих тел и качества обработки соприкасающихся поверхностей. Наиболее существенные изменения контактного сопротивления при изменении давления происходят в случае использования в качестве таких тел электродных углей с удельным сопротивлением 30--100 ом-тмУм.

Чувствительность контактных датчиков определяется выражением

гпрКР

:(19-9)

Для повыщения чувствительности контактные датчики конструктивно выполняются в виде столбиков (рис. 19-6), набранных из нескольких угольных щайб.

При работе датчика его шайбы находятся под давлением и нагреваются протекающим по ним измерительным током. Максимальное давление на угольные шайбы допускается 65 kFIcm?-. Допустимая величина нагрева вуст определяется соотношением

макс ,

макс окр.макс.

:уст =

тр,е I - измерительный ток, протекающий через датчик а; fl- коэффициент теплоотдачи,

5охл - боковая поверхность столбика, дм;

макс- допустимая температура нагрева (180-200° С); окр.макс- допустимая температура окружающей среды, °С.

Размеры шайб датчика выбирают в зависимости от величины измеряемого давления и допустимого нагрева.

С помощью угольных датчиков можно производить измерения с погрешностью 5- 10%. Погрешность измерения непостоянна, она может меняться в процессе эксплуатации. Величина сопротивления столба шайб зависит от плотности измерительного тока, температуры, влажности и т. п. К недостаткам датчиков этого типа следует отнести наличие гистерезиса.

С целью компенсации температурного влияния применяются угольные датчики с двумя столбиками (рис. 19-6,6), которые включаются в смежные плечи мостовой измерительной схемы.

При соответствующей конструкции датчики этого вида могут использоваться для измерения давлений, сил, ускорений, вращающих моментов и параметров звуковых колебаний (микрофоны) и т. п.

Датчики термозависимого сопротивления

Сопротивление проводника электрическому току зависит от температуры проводника и определяется известным соотношением

Rt = Ron +ао(<- 1,

где До- сопротивление проводника при температуре to; Ко- температурный коэффициент электрического сопротивления, показывающий относительное увеличение сопротивления проводника при нагревании его иа 1°С (в интервале температур, начинающемся от 0, см. табл. 19-1).

Температура проводника t зависит от интенсивности его теплообмена с окружающей средой.

На интенсивность теплообмена влияют: геометрические размеры и форма проводника; физические свойства среды, окружающей проводник (плотность, теплопроводность, вязкость и др.), и состояние этой среды (неподвижная, перемещается с некоторой скоростью).

Зная зависимость сопротивления проводника от перечисленных выше факторов, его можно использовать как соответствующий датчик. Естественно, при конструировании такого датчика необходимо стремиться к тому, чтобы он реагировал только на измеряемую величину, а влияние других факторов было бы сведено к минимуму.

Чувствительность термозависимого сопротивления определяется из выражения

AJR

= Roao.

(19-10)

Чувствительность может быть повышена путем выбора материала с большим температурным коэффициентом и сопротивлением (с меньшим диаметром и большей длиной проволоки).

Коэффициент Оо остается приблизительно постоянным в небольшом интервале температур. Его величина определяется не только материалом проволоки датчика, но и величиной сопротивления Ro, измеренного при некоторой начальной (условно) температуре fo (<о = 20°С или 0=0°С). Указанные обстоятельства необходимо учитывать при расчетах и конструировании датчиков термосопротивлений. В противном случае при измерениях возможны серьезные ошибки. Если, например, известна величина сопротивления проволоки датчика Ri не при температуре to, а при температуре <, и необходимо найти величину сопротивления датчика Rs при температуре 4, то нужно во избежание ошибок пользоваться следующей формулой:

R2 = Ri + Roao(h~h).

Если величина Ro окажется неизвестной, то можно воспользоваться другим выражением:

с индикаторным прибором) составляет 1-1.5%.

Существенным недостатком датчиков из термосопротивлений является их инерционность. Постоянная времени т для термосопротивлений в зависимости от диаметра проволоки и конструкции датчика может быть от 0,05 до 5 сек и более.

Полупроводниковые терморезисторы

В настоящее время в качестве датчиков температуры широко используются полупроводниковые терморезисторы (ПТР), изготовляемые из смеси окислов таких металлов, как марганец, медь, кобальт, никель и др. ПТР обладают большей чувствительностью и менее инерционны по сравнению с проволочными термосопротивлениями, имеют сравнительно высокое внутреннее сопротивление при малых габаритах, что делает их удобными при совместном использовании с электронными усилителями.

Зависимость сопротивления ПТР от температуры определяется следующим соотношением [Л. 6]:

R2 = Ri

l+a (<2-<i)J

Датчики с термосопротивлением можно использовать для измерения температур при определении различных параметров газовой среды или жидкости.

Для изготовления термодатчиков используется в основном вольфрамовая, никелевая, платиновая и медная проволока. Выбор материала термосопротивления определяется условиями работы датчика и диапазоном рабочих температур; например, датчики из медной проволоки могут хорошо работать в сухой атмосфере при отсутствии корродирующих газов в диапазоне изменения температур от -50 до +150° С. Никелевые датчики требуют хорошей изоляции от воздействия внешней среды. Их можно применять для измерения температур до 250° С. Платиновые термометры могут работать при температурах от -190 до 4-500° С.

Датчики с термозависимым сопротивлением могут иметь различную конструкцию. В зависимости от их назначения и условий применения они могут быть выполнены в виде проволочной нити, катушки спирали или диска.

Основные погрешности проволочных температурных датчиков обусловливаются нестабильностью электрических свойств материала сопротивления и условиями применения. Точность этого типа датчиков (вместе

(19-11)

- сопротивление ПТР, ом, при температуре Т, °К; R, Д - коэффициенты, постоянные для определенного типа ПТР.

Приведенную зависимость называют температурной характеристикой ПТР.

Относительное значение производной clR 1

-Г -, выраженное в процентах, характе-ai R

ризуег изменение абсолютного значения сопротивления ПТР с изменением его температуры на 1 град

dR 1

йТ R

100% =

100%.

Коэффициент а называется температурным коэффициентом ПТР. Вследствие нелинейности температурной характеристики ПТР значение коэффициента а оказывается зависимым от температуры, поэтому его записывают с индексом, указывающим температуру, которой соответствует проводимое значение. Так, например, запись 0293=0; означает, что при температуре 293° К. (20° С) темг пературный коэффициент имеет значение, равное а.

У известных типов ПТР величина температурного, коэффициента находится в пределах

а = 3--6%.

Наибольшее распространение получили медно-марганцевые ПТР типов ММТ и ко-бальто-марганцевые типов КМТ. Используются они в основном для измерения и ре-