|
| |
|
Слаботочка Книги -500
50 100 fSO 200 t, С Рис. 68. Температурные характеристики сопротивления тензорезисторов типа 1-ВО с чувствительным элементом из константановой проволоки: / - отожженной прн 340°С; 2 - отожженной прн 330°С; 3 - комбинированный тензорезистор (- - эксперимент, - - - расчет) Технология изготовления комбинированных тензорезисторов мало отличается от технологий, принятых для изготовления обычных тензорезисторов из одного тензочувствительного материала. Перед намоткой проволоки, составляющие тензорезисторы, сваривают. Сварной узел укладывается и приклеивается к подложке, а затем проволока наматывается по обе стороны от узла. Температурная характеристика таких комбинированных тензорезисторов, установленных на образцы из сплава Д16Т, в диапазоне температур 20-250°С, а также значения кь подсчитанные по формуле (122), представлены на рис. 68 кривой 3. Экспериментальные и расчетные значения температурных характеристик сопротивления практически совпадают. Значение lmax для диапазона температур 20-200°С не превышает 180 млн-, и можно считать комбинированный тензорезистор в этом диапазоне термокомпенсированным. Температурные характеристики сопротивления комбинированного теизорезистора из двух проволок: константановой, отожженной при 450 °С в течение 3 ч (/?д1 = 400 Ом, In) и сплава Н50К10 [61], разработанного ЦНИИЧМ для высокотемпературных термометров сопротивления (/?д2=0,27 Ом, Itz) - приведены на рис. 69. Комбинированные тензорезисторы в диапазоне температур 20-250°С имеют к(тах=200 млн-, т. е. практически термокомпенсированы, в то время как тензорезисторы, изготовленные из одной константановой проволоки, отожженной при 450°С, в этом диапазоне имеют ктах=-850 млн-. В работе [88] приведены температурные характеристики сопротивления комбинированных тензорезисторов, изготовленных из проволок сплавов Н80ХЮД и Х20Н80, сплавов 0Х21Ю5ФМ и Н80ХЮД и других в диапазоне температур от 20 до 400- 450 °С. В связи с усложнением конструкции комбинированных тензорезисторов рассеяние температурных характеристик сопротивления в их партиях увеличивается по сравнению с рассеянием этих характеристик у тензорезисторов, изготовленных из одной проволоки. 2000 1000 1000
 О 100 200 300 t;c Рис. 69. Температурные характеристики сопротивления тензорезисторов типа ВТК: а - комбинированного тензорезнстора (-) и тензорезнстора нз константановой проволоки (---), отожженной прн 450°С; б - тензорезнстора нз проволоки сплава Н50К10 Чтобы оценить, за счет чего увеличивается значение Sst, и уменьшить это рассеяние, проанализируем уравнение (122). Численные значения всех членов этого уравнения вводятся с определенной погрешностью. Так из-за наличия Sn и St2 отдельные комбинированные тензорезисторы могут иметь Iti и <д2, отличные от средних значений, входящих в формулу (122). Значения Rf,i и /?д2 у отдельных тензорезисторов могут также отличаться, так как при изготовлении партий комбинированных тензорезисторов технически трудно выдержать их строго одинаковыми. Для анализа рассеяния Sk* в партиях рассмотрим погрешности от отдельных составляющих, входящих в форму-лу (122). /?Д2 1(Лд1+/гда)2 L (Лдх-ьад а Asm, Аг. Анд1 и Аяд2 - отклонения в партиях значений In, li2, R)4 и Rf.2. Сумма погрешностей Dm и если принять Деп=Ае<2, будет равна рассеянию температурных характеристик сопротивления тензорезисторов, изготовленных из одной проволоки. Увеличение рассеяния температурных характеристик сопротивления тензорезисторов будет определяться диспер- сиями Ддд1 и Dra2, которые зависят от точности выдержки заданных значений /?д1 и Rn2 в процессе изготовления партий комбинированных тензорезисторов. Чтобы рассеяние температурных характеристик комбинированных тензорезисторов было равно рассеянию характеристик тензорезисторов, изготовленных из одной проволоки, т. е. Ак( = ==Л<ь погрешности Дяд: и Оддз должны быть ничтожно мало влияющими, тогда можно записать: (еп-$<2)/?д2 L (Д1 + Лд2) L (Лд1 -I-/?д2)2 . (123) Если при планировании измерений [40] принять условие равенства составляющих погрешностей, то заданная точность измерения достигается с минимальной затратой труда и времени. На основании этого, принимая /)«д1=/)лд2, получаем из формулы (123) допуски на заданные расчетные значения сопротивлений /?д1 и /?д2 в партии комбинированных тензорезисторов, имеющие вид: 14 < 1Ч2К (/гд1 + /?д2)2 д з/2/?д2(еп-е/2) («Д1 + Лд2)2 Д (124) (125) з/2;?д1($,2-$п) Таким образом, чтобы рассеяния температурных характеристик сопротивления комбинированных тензорезисторов были равны рассеянию этих характеристик партий тензорезисторов, изготовленных из одной проволоки, допустимые предельные отклонения сопротивления /?д1 и R2 в партии комбинированных тензорезисторов должны быть не более определенных неравенствами (124) и (125). Для приведенных выше комбинированных тензорезисторов типа 1-ВО, предназначенных для измерения деформаций на деталях из сплавов алюминия*, расчетные допуски Длд1=А«д2 :13 Ом; для комбинированных тензорезисторов ВТК, предназначенных для измерения деформаций на деталях из титанового сплава**. A;jj<24 Ом, Аяд2<0.02 Ом. При изготовлении комбинированных тензорезисторов сопротивления /?д1 и Rb,2 в первом случае и R\ во втором случае выдерживаются со значительно большей точностью. Чтобы вы- * При расчете были взяты Лд1=Лд2=100 Ом, Д25о°с = ±225 млн- (l) 250°C=1600 млн-*, (2)250»С = 0. ** При расчете были взяты ;?д1 = 400 Ом, ?д2 = 0,27 Ом, Д4оо°С :300 млн-»; (gi)4oo°c=200 млн", (2)иоС= 2 ООО ООО млн-. = ± 136 S мли-1, прн различных температурах, °С
держать такой малый допуск, как Ar2 <0,02 Ом, для изготовления отрезков с сопротивлением /?д2 следует применить проволоку с малым погонным сопротивлением. В данном случае использовалась проволока Н50К10 диаметром 0,1 мм с погонным сопротивлением 33 Ом/м и при изготовлении комбинированных тензорезисторов длина отрезка выдерживалась с предельным допуском Д/<0,6 мм. Комбинированные тензорезисторы, изготовленные с соблюдением указанных допусков, имели в партии рассеяния температурных характеристик сопротивления (табл. 22) того же порядка, что и тензорезисторы 1-ВО и ВТК, изготовленные из одной отожженной константановой проволоки. 3. ТЕНЗОРЕЗИСТОРЫ С КОМПЕНСАЦИОННОЙ ПЕТЛЕЙ У тензорезистора с компенсационной петлей температурное приращение сопротивления его чувствительного элемента компенсируется приращением сопротивления компенсационной петли, которая включается как дополнительное сопротивление в компенсационное плечо измерительного моста, в качестве которого используется постоянное сопротивление Rm, находящееся при температуре 20°С (рис. 70). Чувствительный элемент Rn, тензорезистора и компенсационная петля Rk располагаются в непосредственной близости друг от друга, и их температура практически одинакова. В тензорезисторе с компенсационной петлей температурное приращение сопротивления активного плеча моста Дяд компенсируется температурным приращением сопротивления компенсационной петли ARs и условие компенсации определяется выражением Ra . t \Rk+Ra (126) Таким образом, компенсационная петля должна изготовляться  Зона нагреби I "ul Рис. 70. Схемы решетки тензорезисторов с компенсационной петлей: о-проволочный тензорезистор; б - фольговый; в-схема присоединения к прибору: /<д -активная решетка; Л, - компенсационная петля; Л -магазин сопротивлений; А, О, - клеммы прнборв из материала, имеющего в наклеенном состоянии тот же знак температурного приращения сопротивления, что и чувствительный элемент теизорезистора. Будем считать, что при начальных условиях мост сбалансирован и тогда после несложных преобразований из уравнения (126) получим: R. = ,Rjl.t (127) В выражении (127) It и п являются температурными характеристиками сопротивления наклеенных элементов, из которых изготовляются чувствительный элемент и компенсационная петля соответственно. Так как большинство тензочувствительных материалов в наклеенном состоянии имеют нелинейную зависимость изменения сопротивления от температуры, то равенство (126) при данных Rk и /?д может иметь место только при некоторых определенных температурах. При других же температурах компенсация за счет петли будет неполной и температурное приращение сопротивления теизорезистора с компенсационной петлей будет определяться как £кп,=£,-£п,-(128) VK "Г 1\1а Компенсационная петля с сопротивлением Rk, находясь рядом с активным элементом тензорезнстора, подвергается той же деформации. Поэтому при деформации детали сопротивление компенсационной петли будет меняться на величину а относительное приращение сопротивления плеча моста с петлей Rk+r» а Rk+Rh Это относительное изменение сопротивления компенсационного плеча приводит к уменьшению выходного сигнала от деформации активного плеча, и приведенная чувствительность теизорезистора с компенсационной петлей меньше чувствительности основной части тензорезнстора на величину K=KkRkIRa- Величина бк будет тем меньше, чем меньше тензочувстви-тельность материала петли Кк и чем меньше ее сопротивление Rk. Так как тензочувствительность проводниковых материалов обычно варьирует в небольших пределах (см. гл. 1), то для получения малого значения бк надо, чтобы было мало, а для этого для компенсационной петли следует выбирать материал с большим значением В качестве примера рассмотрим тензорезистор с компенсационной петлей для измерения статических деформаций деталей из жаростойкой стали в диапазоне температур 20-350°С. Предварительным отжигом константановой проволоки в этом диапазоне температур не удалось добиться малого значения температурного приращения сопротивления тензорезисторов. Максимальное приращение сопротивления для тензорезисторов, изготовленных из отожженной проволоки, в диапазоне температур 20-350°С очень велико и составляет 1=2700 млн-. Для изготовления тензорезисторов с компенсационной петлей применялись: для чувствительного элемента - кон-стантановая проволока, отожженная при 390°С в течение 3 ч (рис. 71, кривая 2) и для компенсационной петли - проволока из Рис. 71. Расчетные (-) и экспериментальные (---) температурные характеристики сопротивления тензорезисторов типа ВТК: / - тензорезистор с компенсационной петлей; 2 - нз константановой проволоки, отожженной прн 390°С
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [22] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 |