Тензорезистор

 

Использование: для измерения деформаций деталей машин и изготовления датчиков механических величин. Сущность: тензорезистор содержит тензочувствительную нить, укрепленную на подложке 2. Тензочувствительная нить выполнена в виде чередующихся участков 3 и 4, один из которых выполнен с жесткостью, значительно большей, и электросопротивлением, значительно меньшим, чем участки 4. 10 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения деформаций деталей машин и изготовления датчиков механических величин.

Известен проволочный тензорезистор, содержащий прямоугольную решетку, укрепленную на подложке из диэлектрического материала, и выводные проводники [1].

Недостатком устройства является низкая чувствительность к деформации, величина которой, примерно, равна двум.

Известен фольговый тензорезистор, который имеет измерительную решетку прямоугольной формы, состоящую из прямых ровных дорожек [2].

Деформация измерительных дорожек в основном следует за деформацией детали, на которую наклеен тензорезистор, отставая от нее лишь на небольшую величину. Это отставание обусловлено разностью модулей упругости связующего и материала чувствительной решетки.

Цель изобретения - увеличение чувствительности к деформации.

Это достигается тем, что тензочувствительная нить выполнена в виде чередующихся по длине нити участков, одни из которых выполнены с жесткостью, значительно большей, а с электросопротивлением, значительно меньшим, чем другие.

На фиг.1 изображение примера заявляемой формы нити; на фиг.2 - исходное состояние фрагмента нити, приклеенной на детали до начала деформации при большой базе; на фиг.3 - то же, при малой базе; на фиг.4 - нить по фиг.2 в момент деформации; на фиг.5 - нить по фиг.3 в момент деформации; на фиг.6 - расчетная схема заявляемого устройства в исходном состоянии; на фиг.7 - то же, в момент деформации; на фиг.8 и 9 - примеры выполнения нити (4 варианта); на фиг. 10 - вариант заявляемой конструкции нити, изготовленной из проволоки.

Тензорезистор содержит тензочувствительную нить 1, укрепленную на подложке 2 и выполненную в виде чередующихся участков 3 и 4, один из которых 3 выполнены с жесткостью, значительно большей, и электросопротивлением, значительно меньшим, чем участки 4.

Позицией 5 обозначено связующее, 6 деталь, подвергающаяся деформации, 7 контактная площадка (фиг.1), 8 выводы.

В рассматриваемом примере участки нити выполнены с разными поперечными сечениями. На фиг.1,8,9,10 показаны формы нити разного поперечного сечения, имеющие разный модуль упругости и разную жесткость.

Устройство работает следующим образом: В исходном состоянии до начала деформации (фиг.2, 3) связующее располагается непосредственно в границах длины тензочувствительной нити. На фиг. 2 изображен вариант с большой базой L деформации, а на фиг.3 - с малой. После деформации (фиг.4 и 5) чувствительный элемент увеличит свою длину на L, тогда как часть детали 6, находящаяся под тензочувствительной нитью до деформации, изменит свою длину на величину L+ 2В, где величина В зависит от толщины клея связующего 5, поперечного сечения чувствительного элемента и разницы в модулях упругости связующего и материала чувствительного элемента. При больших значениях L величина В пренебрежительно мала по сравнению с L. При уменьшении L "вклад" В в L относительно увеличивается. При достаточно малых значениях L (фиг.3) величина L будет пренебрежительно мала по сравнению с величиной В. Этот эффект и используется в заявленном устройстве при деформации нити с участками с разной жесткостью.

Согласно фиг.6 площадь поперечного сечения утолщенного участка 3 и его длина принят таковым, что его можно считать недеформируемым. Сопротивлением этой части можно пренебречь, так как площадь поперечного сечения во много раз выше, чем площадь поперечного сечения участка 4.

Тогда L= L₂хn, где L - приращение длины L при деформации; L₂ - приращение длины участка с меньшим поперечным сечением при деформации; n - количество участков с меньшим поперечным сечением; L - длина деформированной детали L= L₂ х n+L₁(n+1), где L₁ - длина участка с большим поперечным сечением тензочувствительной нити; L₂ - длина участка с меньшим поперечным сечением тензочувствительной нити.

Тогда относительная деформация детали Е₁ E₁ = =
Относительная деформация участков с меньшим поперечным сечением Е равна
E₂ = =
Отношение деформаций участка с меньшим поперечным сечением и детали
= = 1 + = 1 + 1 +
Таким образом, относительная деформация, которой подвергаются участки с меньшим поперечным сечением 4 значительно больше, чем относительная деформация детали 6. Отсюда и тензочувствительность будет зависеть от соотношения геометрических размеров. Так у фольгового тензорезистора поперечное сечение изменяется за счет ширины (фиг.4), а проволочного - за счет изменения диаметра (фиг.10).

В тензорезисторах предложенной конструкции тензочувствительность можно увеличить почти в два раза по сравнению с тензочувствительностью известных тензорезисторов. Так средняя тензочувствительность опытных тензорезисторов составляла 3,83.

Формула изобретения

ТЕНЗОРЕЗИСТОР, содержащий тензочувствительную нить, укрепленную на подложке, отличающийся тем, что тензочувствительная нить выполнена в виде чередующихся по длине нити участков, одни из которых выполнены с жесткостью, значительно большей, а электросопротивлением, значительно меньшим, чем другие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10