Слаботочка Книги

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

сплава Н50К10 (см. рис. 69, б). Из совместного рассмотрения этих графиков следует, что с увеличением сопротивления компенсационной петли суммарное температурное приращение сопротивления тензорезистора с компенсационной петлей будет уменьшаться и даже переходить в область отрицательных значений AR/R. Для данного тензорезистора расчет сопротивления компенсационной петли производился исходя из того, что условие (126) соблюдается при = 300°С. При этой температуре А;?д ?д=1800 млн-1 и А;?к ?к=1 420000 млн-.

Сопротивление константановой проволоки тензорезистора выбрано /?д = 200 Ом. Подставляя эти значения в выражение (127), находим /?„=0,25 Ом. При таком малом сопротивлении Rk величиной бк можно пренебречь.

Технология изготовления тензорезисторов с компенсационной петлей отличается от технологии изготовления обычных тензорезисторов тем, что перед намоткой производится сварка узла трех проволок: активной решетки, компенсационной петли и выводного проводника. Узел сварки укладывается перед штырьками намоточного приспособления и затем производится намотка активной решетки и компенсационной петли. После намотки заготовка снимается с приспособления и производятся дальнейшие обычные операции изготовления тензорезисторов. Средняя температурная характеристика сопротивления партии таких тензорезисторов с компенсационной петлей, установленных на балку из жаростойкой стали, приведена на рис. 71 (кривая 1). Штриховой линией на графике показана характеристика кп подсчитанная по формуле (128). Как следует из рис. 71, температурные характеристики сопротивления тензорезисторов с компенсационной петлей, полученные экспериментально и расчетом, практически совпадают. В диапазоне температур 20-350°С Е(тах=±600 млн-1, что примерно в 4 раза меньше, чем у тензорезисторов, изготовленных из константановой проволоки.

Рассеяние температурных характеристик сопротивления Snt в связи со сложностью конструкции тензорезисторов с компенсационной петлей может увеличиваться по сравнению с рассеянием St в партиях обычных тензорезисторов.

Так же как и для комбинированных тензорезисторов, анализируя погрешности от составляющих, входящих в формулу (128), получим допуски на заданные расчетные значения сопротивлений ;?д и ;?к в партиях тензорезисторов с компенсационной петлей:

(129)

Таким образом, чтобы рассеяние температурных характеристик сопротивления партии тензорезисторов с компенсационной петлей было примерно равно рассеянию этих характеристик у партий тензорезисторов, изготовленных из одной проволоки, допустимые отклонения /?д и в партии тензорезисторов должны быть не более определенных неравенствами (129).

Изготовленная с соблюдением допусков, рассчитанных по приведенным формулам (129), партия тензорезисторов с компенсационной петлей из проволок коистантан и Н50К10 характеризуется Kst=±OA млн-у°С, что не превышает этих значений для тензорезисторов, изготовленных из одной константановой проволоки.

Нами приведен лишь один пример уменьшения температурного приращения сопротивления с помощью компенсационной петли. Руководствуясь приведенными формулами расчета, можно подобрать различные сочетания активной решетки и компенсационной петли и снижать lnt при измерении деформаций на деталях из различных материалов.

Так, в работе [88] рассмотрены тензорезисторы на металлической подложке из стали 1Х18Н9Т, в которых активная решетка изготовляется из проволоки сплава НМ23ХЮ диаметром 0,03 мм, а компенсационная петля - из платиновой проволоки диаметром 0,05 мм. Такие тензорезисторы имеют lt= = ±600 млн- в диапазоне температур 20-450С.

Е. Ю. Нехендзи созданы и тиражируются тензорезисторы ТТРЛС-22-23, у которых активная решетка изготовляется из платино-вольфрамовой проволоки, а компенсационная петля - из платиновой проволоки [85]. Тензорезисторы изготовляются на металлической подложке из коррозионно-стойкой стали и имеют в диапазоне температур 20-550°С /=1000 млн-.

В тензорезисторах, описанных в [83] и каталогах фирмы BLH (США), активная решетка изготовляется из нихромовой фольги, а компенсационная петля - из платиновой проволоки. Изменением i?„ (см. рис. 70) во внешней схеме можно получить термокомпенсированные тензорезисторы при наклейке их на различные материалы. Для каждого материала необходимо, чтобы

Г) £п i п р

Ам----Ак -Ак>

где It и Int - температурные приращения соответственно активного плеча и компенсационной петли, наклеенных на соответствующем материале. Тензорезисторы FNH-50-\2E, изготовленные по такой схеме, обеспечивают термокомпенсацию в диапазоне температур от -270 до 315 °С с температурным коэффициентом сопротивления ±0,4 млн-/°С. Для поддержания такого значения коэффициента температурного приращения

0 -10 -20

to 60 a0100120 R„,On

Рис. 72. Зависимость изменения параметров тензорезнстора типа FNB-bQiAlE с компенсационной петлей (д= 119,6 Ом; /?к=33,3 Ом) от значения балластного сопротивления /?„:

а - температурной характеристики сопротивления; б - чувствительности

mi60180R„,0M а)

сопротивления необходимо, чтобы поддерживалось постоянным с относительно высокой точностью, так как значение его сопротивления сказывается на кп( тензорезнстора (рис. 72). Кроме того, уменьшение чувствительности бк в таких тензорезисторах в большой степени определяется значением (рис. 72, б).

4. СХЕМНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ

Способ схемной компенсации основан на том, что тензорезисторы, наклеенные на один и тот же материал и находящиеся в одинаковых температурных условиях, изменяют свое сопротивление практически одинаково. Если активный тензорезистор Ra наклеить на исследуемую конструкцию, включив его в одно плечо измерительного моста, а компенсационный тензорезистор Rk наклеить на пластинку из того же материала, что и конструкция, включив его в соседнее с первым тензорезистором плечо моста, то практически можно исключить влияние температуры иа тензорезистор, измеряющий деформацию (рис. 73, а).

На практике при действии на конструкцию одноосной деформации компенсационный тензорезистор иногда наклеивают иа испытуемую конструкцию в направлении, перпендикулярном к действию главной деформации. В этом случае необходимо учитывать, что компенсационный тензорезистор также под-

Рис. 73. Схемы расположения и включения в измерительный мост активного и компенсационного тензорезисторов с целью термокомпенсации:

а -случай одноосной деформации; б -случай изгиба; s - случай расположения на конструкции полупроводниковых тензорезисторов с разными знаками чувствительности

вергается деформации, но меньшей по значению и противоположной по знаку главной деформации.

" При использовании тензорезисторов в измерительных устройствах для увеличения сигнала и для исключения влияния температуры иа тензорезисторы, последние наклеиваются иа противоположные стороны чувствительной балки, подвергающейся изгибу, и включаются в соседние плечи измерительного моста (рис. 73, б). В этих случаях оба теизорезистора являются активными и одновременно взаимно термокомпеисиру-ются. .

Интересен способ схемной компенсации, применяемый для полупроводниковых тензорезисторов из монокристалла кремния. Известно [58], что тензорезисторы из монокристалла кремния, обладающие проводимостями р- и и-типов, имеют различные по знаку тензочувствительиости. Кремний, имеющий проводимость р-типа, обладает положительной теизочувствительио-стью, а и-типа - отрицательной, температурное приращение сопротивления у них одного знака. Для уменьшения влияния температуры полумост собирают из тензорезисторов, изготовленных из р- и п-типов кремния, и включают их в соседние плечи. Оба теизорезистора располагаются рядом и испытывают деформацию одного знака (рис. 73, в). При действии деформации от полумоста получают удвоенный сигнал, а при действии температуры температурные приращения сопротивления тензорезисторов компенсируются.

В случае применения способа схемной компенсации необходимо, чтобы температура обоих тензорезисторов в полумосте и их температурные приращения сопротивления были достаточно близки.

Если в партии тензорезисторов наблюдается большое рассеяние температурных характеристик сопротивления, то для активного и компенсационного плеча до наклейки следует подбирать тензорезисторы с одинаковыми или близкими температурными приращениями сопротивления.

Этот способ подбора тензорезисторов широко используется при измерениях деформаций привариваемыми тензорезисторами иа металлической подложке [59]. Ои может быть также использован и для моиокристаллических полупроводниковых тензорезисторов, при этом существенно уменьшатся изменения выходных сигналов измерительной схемы от температуры. Так, на рис. 74, а приведены изменения выходного сигнала Дпм полумостов из активных и компенсационных тензорезисторов, произвольно взятых из партии, а иа рис. 74, б - из подобранных с одинаковыми до наклейки значениями температурных характеристик сопротивления.

В работе [116] для фольговых тензорезисторов рассмотрен метод схемной компенсации с использованием полного моста,

20000

5000

-5000

0 20 to 60 t.C

Рис. 74. Зависимость выходного сигнала от температуры для полумостов полупроводниковых тензорезисторов типа КМ, активных и компенсационных:

а - произвольно взятых из пар-гин; б - взятых с близкими температурными характеристиками сопротивления

состоящего из двух активных и двух компенсационных тензорезисторов, расположенных на одной подложке (рис. 75). Мост позволяет получить термокомпенсацию в диапазоне температур от-269 до 540 °С.

Для проволочных тензорезисторов на металлической подложке в работе [90] приведен оригинальный способ выполнения схемной компенсации. Заключается он в том, что в одной и той же трубке располагаются чувствительный элемент тензорезистора-вдоль продольной оси трубки (рис. 76) - и спираль из того же тензочувствительного материала, намотанная под

W & G R

Рис. 75. Полный мост из фольговых решеток, расположенных на одной подложке (тензорезисторы FNWFB6):

а - внешний вид моста; б - расположения 9лементов на подложке; в -схема вклю чения элементов в мост

Рис. 76. Схема тензорезистора с компенсационной спиралью:

/ - активные нити тензорезистора; 2 - компенсационная спираль тензорезистора; 3 - стальная трубка; 4 - наполнитель из порошка MgO; 5 - фланец из стали илн

нз сплава с золотом

12 3 4 5

дата

углом к продольной оси трубки. Угол намотки спирали подбирается таким, чтобы нить спирали не испытывала деформации при растяжении детали, к которой приваривается фланец подложки. Чувствительная нить и компенсационная спираль включаются в соседние плечи моста. При этом компенсируется только температурное приращение сопротивления, вызванное наличием температурного коэффициента сопротивления проволоки. Приращение сопротивления же за счет разности температурных коэффициентов расширения детали и активной решетки тензорезистора не компенсируется, так как на компенсационную спираль не подается деформация.

Чтобы получить полную компенсацию при использовании полумоста из нихромовой проволоки, активную нить и компенсационную спираль изготовляют из различно отожженной проволоки. Отжиги производят таким образом, чтобы температурное приращение сопротивления активных нитей было равно температурному приращению компенсационной петли. Этим способом удается осуществить термокомпенсацию с максимальным температурным приращением выходного сигнала t пм не более ±200 млн- в диапазоне температур от -196 до 315°С.

5. СПОСОБ ВНЕСЕНИЯ ПОПРАВКИ НА ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПРИРАЩЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

При измерении деформаций в условиях переменных температур можно пользоваться способом внесения поправки, который заключается в том, что на температурную характеристику сопротивления в результате измерения вводится соответствующая поправка, определяемая по предварительно изученной кривой температурной характеристики сопротивления данной партии тензорезисторов. Для этого в процессе измерения деформаций измеряется также температура тензорезистора, включенного в активное плечо измерительного моста. Тензорезистор, включенный в компенсационное плечо, находится при нормальной температуре и не деформируется.

Монтаж тензорезисторов при измерении деформаций должен выполняться таким образом, чтобы исключить влияние температурного приращения сопротивления выводных и монтажных проводов. Для этого используют так называемые способы трех- или четырехпроводного монтажа.

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