Как правильно выбрать тип тензорезистора, подходящий под измерительную задачу?
Перед тем как выбирать тензорезистор необходимо четко определить цель измерения. Основной вопрос, который следует учитывать, заключается в том, будет ли тензорезистор использоваться для экспериментальных испытаний или для изготовления преобразователей.
|
Экспериментальные испытания |
Производство преобразователей |
|
|
|
Выбор тензорезистора для экспериментального испытания должен осуществляться с учетом следующих критериев отбора:
|
Геометрия: | Количество и положение измерительной решетки (рисунок) |
|
Серия тензодатчиков: |
Конструкция тензорезистора |
|
Соединения: |
Тип и положение |
|
Адаптация температурной характеристики: |
Материал, к которому будет адаптирована температурная характеристика тензорезистора |
|
Длина активной решетки: |
в мм |
|
Электрическое сопротивление: |
в Ом |
Геометрия тензорезисторов:
|
|
Линейные тензорезисторы (например, LY4) имеют одну измерительную решетку и измеряют деформацию в одном направлении. |
|
|
Т-розетки (например, XY3) имеют 2 измерительные решетки, расположенных со смещением на 90 ° друг от друга. Типичные области применения этого типа тензорезисторов: анализ двухосного напряженного состояния с известными главными направлениями, а также измерения на растягивающих и компрессионных стержнях. |
|
|
V-образные тензорезисторы (например, XY4) имеет 2 измерительных решетки, расположенных со смещением на 90 ° друг от друга. Типичные области применения этого типа тензорезисторов: измерения на торсионных стержнях и определение напряжений сдвига по мере их возникновения в балочных тензодатчиках в области нейтральных волокон. |
|
|
Двойные линейные тензорезисторы (например, DY4) имеют две измерительные решетки, расположенные параллельно друг другу. Типичные области применения этого типа тензорезисторов - измерения на изгибающих балках. |
|
|
Розетки с 3 измерительными решетками (например, RY8), расположенными под углом 0 °/ 45 °/ 90 ° или 0 °/ 60 °/ 120 °, являются подходящим выбором для анализа двухосного напряженного состояния с неизвестными главными направлениями. |
|
|
Цепочки тензорезисторов (например, KY8) состоят из 10 или 15 очень маленьких измерительных решеток, которые помещаются на одну подложку с постоянным расстоянием (равноотстоящими друг от друга) плюс одна компенсационный тензорезистор. Цепочки тензорезисторов подходят для определения градиентов деформации. |
|
|
Полномостовые тензорезисторы (например, VY4) имеют 4 измерительные решетки, которые расположены так, что каждая смещена к следующей под углом 90 °. Типичные области применения этого типа тензорезисторов: измерения на растягивающих / компрессионных стержнях и определение напряжений сдвига по мере их возникновения в балочных тензодатчиках. |
Серии тензорезисторов HBM
Компания HBM предлагает различные серии тензорезисторов для измерения деформации. Серия тензорезисторов определяется комбинацией материала подложки тензорезистора (например, полиимид) и материала фольги измерительной решетки (например, константан). Все тензорезисторы из одной серии выполнены из одного материала подложки и одного материала фольги измерительной решетки соответственно. Поэтому технические описание для одной серии тензорезисторов идентичны.
Для экспериментальных испытаний предпочтительным решением являются более надежные серии тензорезисторов, которые могут использоваться в суровых условиях. В этой категории представлены тензорезисторы серии «Y» с подложкой для измерительной решетки из синтетического полиимида. Эта серия содержит большое количество различных типов тензорезисторов, используемых для различных задач экспериментальных испытаний. Существует также множество специальных типов тензорезисторов, например тензорезисторы для измерений методом высверливания, для определения остаточных напряжений в конструкционных деталях и тензометрических цепочек для исследования распределения напряжений на сложных структурах.
Конфигурации соединений тензорезисторов
Компания HBM предлагает тензорезисторы с различными конфигурациями соединений:
|
|
Встроенные припаечные площадки (например, LY4)
|
|
|
Большие припаечные площадки с компенсацией натяжения (например, LY6)
|
|
|
Никелированные медные выводы, неизолированные, длина ориент. 30 мм (1,18 дюйма) (например, LY1)
|
|
|
Соединительные выводы с изоляцией из фторполимера, длина ориент. 50 мм (1,97 дюйма) (например, K-C LY4)
|
|
|
Соединительные выводы с изоляцией из фторполимера, длина ориент. 50 мм (1,97 дюйма) (например, KC LY4)
|
Адаптация к температурным характеристикам
Тензорезисторы, индивидуально соединенные в четвертьмостовую схему Уитстона, будут показывать выходной сигнал при изменении температуры. Этот сигнал называется «мнимая деформация» или «тепловой выход» и не зависит от механической нагрузки на объект испытаний.
Однако можно адаптировать тензорезистор к коэффициенту теплового расширения конкретного материала, таким образом, чтобы выходной сигнал стал минимальным в случае изменения температуры. Такие тензорезисторы называются тензорезисторами с «адаптированными температурными характеристиками» или «самокомпенсированными» тензорезисторами.
Для максимально эффективного применения тензорезисторов с адаптированными температурными характеристиками необходимо выбирать тензорезисторы с учетом коэффициента теплового расширения ? материала испытуемого объекта.
|
Код |
Материал |
Коэффициент теплового расширения ? |
|
1 |
Ферритная сталь |
10,8 ? 10 -6 / K (6 ? 10 -6 / ° F) |
|
3 |
Алюминий |
23 ? 10 -6 / K (12,8 ? 10 -6 / ° F) |
|
5 |
Аустенитная сталь |
16 ? 10 -6 / K (8,9 ? 10 -6 / ° F) |
|
6 |
Кварцевое стекло / композит |
0,5 ? 10 -6 / K (0,3 ? 10 -6 / ° F) |
|
7 |
Титан / серый чугун |
9 ? 10 -6 / K (5 ? 10 -6 / ° F) |
|
8 |
Пластик |
65 ? 10 -6 / K (36,1 ? 10 -6 / ° F) |
|
9 |
Молибден |
5.4 ? 10 -6 / K (3 ? 10 -6 / ° F) |
Длина активной измерительной решетки
Длина измерительной решетки тензорезистора зависит от цели измерений, так как результатом измерений с помощью тензорезисторов является средняя деформация под областью измерительной решетки тензорезистора. В целом, длина измерительной решетки в 3 или 6 мм (0,118 или 0,236 дюйма) является оптимальной.
Удлиненные измерительные решетки рекомендуется использовать при испытаниях объектов из неоднородных материалов, например, бетон или дерево. Удлиненный тензорезистор будет «связывать» неоднородности материала и, таким образом, измерять деформацию под всей областью измерительной решетки.
Укороченные измерительные решетки подходят для определения местной деформации. Поэтому они подходят для определения градиентов деформации, максимальной точки ударных нагрузок и подобных напряжений.
Электрическое сопротивление
Тензорезисторы HBM могут быть изготовлены в версиях с различным сопротивлением в 120, 350, 700 или 1000 Ом. Выбор сопротивления зависит от ограничений задачи измерения. Также возможны исполнения с другим сопротивлением (под запрос).
|
Низкоомные тензорезисторы |
Высокоомные тензорезисторы |
|
+ Более низкое влияние электромагнитных помех |
+ Более низкое влияние электрического сопротивления в соединительных элементах (контактные кольца, кабели, ...) |
|
+ Более низкое влияние изменения сопротивления изоляции |
- Более подвержены воздействию помех |
|
- Потребность в более высокой мощности |
- Более высокое влияние изменения сопротивления изоляции |
|
- Больший самонагрев из-за более высокого тока по сравнению с высооомными тензорезисторами |
По материалам публикаций компании HBM
КонтроллВахенд а Техника (КВТ) 2019
