ТЕНЗОРЕЗИСТОР Российский патент 1995 года по МПК G01B7/16 

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
ΔL+ 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
ΔL= ΔL₂хn, где ΔL - приращение длины L при деформации;
ΔL₂ - 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.

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.

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.