Исследование основных принципов защиты электронных средств от вибрационных воздействий

МИНИСТЕРСТВО  ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский  государственный институт электроники  и математики

(Технический  университет) 

Кафедра метрологии и сертификации 
 
 
 
 
 

Отчет по выполнению лабораторной работы

«Тензо-резистивный  преобразователь усилий»

по дисциплине: «Теория и расчет измерительных  преобразователей и приборов» 
 
 
 

                                                             Группа И-71

                                                             Выполнили:

                                                             Кравцов П.

                                                             Соколов Д.

                                                             Гуртиков Н.

                                                             Береговая М. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2011

     Цель работы, ее краткое содержание

    Целью настоящей работа является изучение принципа действия тензорезисторных преобразователей и приобретение практических навыков  работы с тензометрической установкой, предназначенной для измерения  механических сил и деформаций.

    Основные  сведения

    В основе принципа действия тензорезисторов  лежит явление тензоэффекта, заключающееся  в изменении электрического сопротивления  проводников и полупроводников  при их механической деформации.

    Сопротивление R резистора, выполненного в виде проволоки длиной l, определяется известным выражением.

где r  - удельное сопротивление материала проволоки;

S - площадь поперечного сечения проволоки. Дифференцируя выражение (1) и переходя к конечным приращениям, получим, что продольной упругой деформации проволоки соответствует относительное изменение ее сопротивления

где DR, Dr, DS - абсолютные приращения сопротивления, удельного сопротивления, длины и площади поперечного сопротивления проводника соответственно.

    Качество  тензорезистора определяется его коэффициентом  тензочувствительности K и величиной температурного коэффициента сопротивления /ТКС/ . Коэффициент тензочувствительности K определяется отношением

    Чем выше коэффициент тензочувствительности  К и меньше температурный коэффициент  сопротивления (ТКС) материала, из которого изготовлен тензорезистор, тем выше его качество.

    Чаще  всего проволочные тензорезисторы изготавливаются из сплавов константан и манганин, у которых К»2 и ТКС=±30*10^-6K^-1 и ±10*10^-6K^-1 соответственно.

    Устройство  наиболее распространенного типа наклеиваемого  проволочного тензорезистора изображено на рис.1,а. На полоску тонкой бумаги или лаковой пленки 1 наклеивается так называемая решетка из зигзагообразно уложенной тонкой проволоки 2 диаметром 0,02 - 0,05 мм. К концам проволоки присоединяются (пайкой или сваркой) выводные медные проводники 3. После высыхания слоя клея сверху преобразователь покрывается  защитным слоем лака 4. Если такой  преобразователь наклеить на поверхность  испытуемой детали, то он будет воспринимать деформации ее поверхностного слоя. Измерительной  базой преобразователя является длина детали, занимаемая проволокой. Наиболее часто используются проволочные  преобразователи с базами 5-20 мм, обладающие сопротивлением 50-500 Ом. 
 
 

Рис.1. Конструкции  тензорезисторных преобразователей 

    Тензопреобразователи  с решеткой из фольги (рис.1,б) получаются путем химического травления  фольги 2 толщиной 4~ 12 мкм, нанесенной сплошным слоем на поверхность подложки 1из непроводящего материала. Фольговые  преобразователи имеют меньшие  габариты, чем обычные проволочные  и могут иметь базу L 0,5-5 мм.

    Металлические пленочные тензорезисторы изготовляются  путем напыления в вакууме  на поверхность тонкой подложки слоя тензо-чувствительного материала  с последующим травлением слоя проводящего  материала с целью формирования решетки тензорезистора. Пленочные  тензорезисторы имеют толщину 1 мкм и менее, базу 0,1-0,5 мм и конфигурацию, аналогичную фольговым тензорезисторам (рис. 1,б).

Рис.2. Структурная схема тензометрической установки для измерения усилий. 

Р - измеряемое усилие (вес); УПП - упругий первичный преобразователь силы Р в величину упругой деформации;  ТП - тензорезисторный преобразователь величины  упругой деформации в соответствующее значение приращений активного сопротивления тензорезисторов; ИМС - измерительная мостовая схема;   DU - выходное напряжение с диагонали И.МС; ИП - стабилизированный источник питания; УС - электронный усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления К_У, ЦВ1 и ЦВ2 – электронные цифровые вольтметры; ДК - делитель напряжения, используемый для определения значения коэффициента усиления усилителя УС. 

Выполнение