Тензодатчик: принцип работы, устройство, типы, схемы подключения

Тензодатчик: принцип работы, устройство, типы, схемы подключения Анемометр

Описание и назначение

Датчики деформации используют изменение значения омоложения металла или полупроводников стержня для измерения штаммов, напряжений и сил.

Зависимость между напряжением и деформацией, или закон Гука, используется во всех разновидностях тензометрических датчиков. Согласно закону Гука, изменение электрического сопротивления относительно начального значения параметра до деформации пропорционально изменению длины измерительного элемента.

R – первоначальное значение электрического сопротивления;

R представляет собой изменение электрического сопротивления, вызванного деформацией;

K — коэффициент пропорциональности;

L – изменение длины за счет деформации;

L – длина измерительного элемента перед приложением рабочей нагрузки.

Из -за своей ссылки на тензор и измерение силы, этот вид устройства используется в технологии взвешивания.

Материал, из которого производится датчик, влияет на то, насколько полезны измерительные компоненты. Обычно базовым материалом является сплав Constantan, который содержит 60% меди и 40% никеля. Это число составляет 1, 5 и 3 в случае Constantan K 2.

Датчики на основе полупроводников имеют более высокие коэффициенты пропорциональности. Коэффициент может достигать 50,70 в зависимости от материала полупроводника (кремний или германий) и смеси легирующих добавок. Полупроводниковые тензодатчики могут измерять малые удлинения, поскольку они более чувствительны в этом отношении.

При разработке тензометров проволочного типа были учтены следующие ограничения:

  • Для достижения достаточной точности измерения значение сопротивления проволочного элемента должно быть в диапазоне 100…1000 Ом;
  • Рекомендуется, чтобы диаметр проволоки был в диапазоне 0,01…0,03 мм;
  • Длина проволочного элемента не должна превышать 250…300 мм.

Использование тензометрических датчиков в виде проводов в некоторых обстоятельствах запрещено, поэтому вместо них используются измерительные устройства из фольги или плоские измерительные решетки. Для защиты датчиков от повреждений, которые могут произойти при монтаже или транспортировке, закрепите их бумажной подложкой.

Электрические выводы устанавливаются на подложке, после чего припаиваются к датчику.

Типы тензометров с контактными выводами и активным измерительным элементом:

  1. Плоский провод.
  2. Фольга.
  3. Полупроводник, с одним или двумя стержнями.
  4. Трубчатый.

Ниже приведен список тензометрических датчиков в их наиболее популярных модификациях.

  • Аутригер. Предназначен для измерения изгибающих и крутящих моментов, устанавливается в месте наибольшего прогиба конструкций.
  • Цилиндрический. Они наименее компактны, но позволяют определять большие напряжения, близкие к пределу текучести ограничивающего материала. S-образная
  • . Они позволяют оценить трехмерные деформации в объемном напряженно-деформированном состоянии. Чаще всего они нуждаются в проверке.

Как выбрать?

Необходимо следовать основным параметрам датчика при выборе модели для измерения любой физической силы или веса. Эти качества состоят из:

  • Диапазон измерения – определяет пределы весовой нагрузки, которую может установить тензодатчик;
  • Класс точности – выбирается в соответствии с параметрами оборудования и требованиями к точности;
  • Схема подключения – из-за количества клемм может использоваться четырех- или шестипроводная схема;
  • Температурная компенсация – для тензодатчиков, где требуется высокая точность, важно учитывать влияние температуры окружающей среды, используются элементы температурной компенсации;
  • Класс защиты – обозначается степенью IP и определяется.

Источник

Как используется

Между удаленным зубом и уже зафиксированной насадкой вставляется тензометрический аппарат. Под действием вращающегося стержня ножки аппарата раздвигаются, оказывая давление на перемещенный зуб. Цифры индикатора выражаются в килограммах. Затем элемент (ы) возвращается в активное состояние.

Показания шкалы и нониуса отмечаются врачом на карте болезни.

Для передних зубов показания тензометра обычно составляют от 15 до 35, а для моляров – от 45 до 75 кг.

Тененметрия может ускорить зубные процедуры и сокращать посещения офиса.

Как подключить

Если имеется схема, подключение тензодатчика можно выполнить вручную. Сначала приобретите прибор, помня о длине кабеля для тензодисков. Если возникнет острая необходимость, вы можете удлинить его. Внедрите его как модуль для импровизатора в контроллер SE 01.

схема подключения
Если в весах используется несколько индикаторов, то их при помощи соединительных коробок нужно подключить параллельно. Независимо от типа питания также нужно заземлить провода датчиков. Монтаж заземления должен производиться в одной общей точке, для этого также может использоваться разветвительная коробка, например, CAS.

После осмотра датчиков проверяются их соединения. Перед выездом рекомендуется проверить все контакты и контуры заземления. Для установки приборов используется экранированный кабель с блокировкой помех. Все датчики дозирующего устройства подключаются одинаково.

стандартное подключение
От чрезмерного усилия преобразователь может сломаться, в таком случае не пытайтесь проводить его ремонт вручную.

На продажу выставлены следующие модели: Utilcell, esp (acp), ADC и KEL. Их собственные приложения и спецификации функционируют по-разному.

Какие отличия данных тензодатчиков для весов

Для шкал тензодисты имеют следующие отличительные характеристики:

  • Точность измерений максимально высока;
  • Диапазон измерений широк;
  • Прибор одинаково хорошо работает в неблагоприятных погодных и других условиях окружающей среды;
  • Корпус водонепроницаем, поэтому на внутреннюю часть прибора не влияет влага, частицы пыли.
  • Компактность;
  • Простота использования, подключение этих тензодатчиков осуществляется легко и без усилий;
  • Может использоваться на высокотехнологичных производствах.

Бренд emic также хорошо известен.

Каковы преимущества товаров, производимого бизнесом, Эмичка, выбранной товаром в первую очередь.

  • Повышенная точность показаний;
  • Более высокая степень надежности и устойчивости к неблагоприятным условиям окружающей среды;
  • Устойчивость к износу;
  • Более долгий срок службы устройства.

Предприятие производит датчики в различных вариациях, чтобы клиенты могли получить все виды этих изделий, которые им необходимы.

Как вы подключаете нагрузочные ячейки вручную?Во -вторых, вам требуется подходящая диаграмма. Вы покупаете оборудование, учитывая количество кабеля, которое вам требуется. Продолжительность соединения должна быть затем определена. Мы осматриваем петель и контакты.

Для монтажа экрана необходим экранированный кабель. Затем конвертер соединяется с автоматом по тому же принципу. Конвертер лучше заменить самостоятельно, если он вышел из строя из-за неспособности выдержать нагрузку.

Подключить тензометрический датчик очень просто. Устройство не будет работать должным образом, если что-то пойдет не так. Важно уделить этому вопросу пристальное внимание.

Источники

Источник

Кокой купить тензодатчик: классификация приборов

Выбрать тензометрический датчик, способный максимально эффективно и полно выполнять поставленные перед ним задачи. Эти приборы могут использоваться для самых разных целей, включая химию, фармацевтику и т. д. ).

Тензодатчики выпускают в следующих модификациях:

  • Манометры;
  • Регуляторы рабочего объема;
  • Для двигателей (в автомобилях и механизмах);
  • Датчики нагрузки и усилия;
  • Датчики ускорения.

Только типы нагрузочных ячеек, необходимые для взвешивания, используются в повседневной жизни. Они имена имен S-тип, консоль и стиральную машину. В зависимости от приложения, которое будет использоваться, выбранная версия.

Конструктивные особенности

По типу конструкции, который зависит от типа чувствительного элемента, различают тензодатчики. В зависимости от типа контактов могут использоваться фольговые или пленочные контакты.

Индикаторы, использующие фольгу в качестве тензодатчика. Аналогом фольги является пленка. В производстве используются различные материалы, в том числе металл и деревья. На пленку напыляют тензодатчики, повышая чувствительность системы.

Тененсодерная проволока должна быть приобретена, чтобы измерить нагрузки в диапазоне от нескольких сотых грамм до нескольких тонн.

Литература

  1. Баринов И. Н. Полупроводниковые чувствительные элементы датчиков давлений на основе структуры «кремний-на-диэлектрике»: дис.
    канд. техн. наук. Пенза, 2005.
  2. Баринов И. Н. Результаты исследования высокотемпературных полупроводниковых чувствительных элементов датчиков давления на основе структуры «кремний-на-диэлектрике» //
    Компоненты и технологии. 2008. № 11.
  3. Баринов И. Н. Полупроводниковый чувствительный элемент на основе структуры «кремний-надиэлектрике» для высокотемпературных датчиков давления // Датчики и системы. 2004. № 12.
  4. Патент RU 2284613.

Назначение

Устройства и устройства устанавливают тензодель для мониторинга ответа на физическое воздействие. В настоящее время он используется в производственном секторе, где он служит.

  • Измерение веса – устанавливается в электронных весах различных типов.
  • Измерения ускорения – используются для тестирования транспортных средств.
  • Измерение давления – распространено в обработке поверхностей, контроле силы, механическом оборудовании и т.д.
  • Мониторинг перемещений – используется для регистрации перемещения компонентов здания, фундамента, сейсмических устройств и т.д.
  • Измерение крутящего момента – используется в машиностроении, техническом обслуживании и т.д.
Про анемометры:  КПП Волга

Определение маркировки проводов тензодатчика без документации

Вы можете использовать стандартный мультиметр, чтобы найти маркировку проводов, если у вас нет описания датчика деформации.

Подключение соединительной коробки к нескольким датчикам нагрузки

Видео демонстрирует, как соединить несколько тензодатчиков с помощью балансировочного ящика.

Экранирования и заземления после подключения датчика нагрузки.

Если датчики подключены параллельно, их необходимо сразу же заземлить после подключения через соответствующие клеммы распределительной коробки. В общих коробках заземление с одной стороны и кабель от распределительной коробки к устройству должны быть подключены одинаково, а именно рядом с входом измерительного устройства, как описано ниже.

Ч ИТАТЬ Wwe 2k17: подключение видеовыхода

Предпочтительно накручивать ферритовый фильтр на кабель датчика на расстоянии 4-5 см от клеммы измерительного устройства или в месте соединения. Эти фильтры выпускаются для кабелей различных диаметров.

Предпочтительно устанавливать фильтры на длинных линиях, таких как RS-485. Они могут быть соединены вместе на близком расстоянии, если индуктивность одного фильтра недостаточна для полного устранения уровня помех.

Особенности и принцип действия тензометрических датчиков

Одной из наиболее сложных задач является измерение напряжений и сил в эксплуатационных сборках. Во время использования оборудование подвергается различным напряжениям, которые влияют на надежность и надежность оборудования.

Плюсы и минусы

Тензорные датчики малы, просты в установке и практически безграничны в плане дизайна мест их размещения. Они могут быть особенно уязвимы к старению и температурным нагрузкам.

Малопленочные тензорезисторы отличаются низким уровнем выходного сигнала, ограниченным диапазоном частот и высоким напряжением, обеспечивающим точность результатов. Комплексы коэффициентов мощности, которые постоянно меняются в процессе оборудования или проектирования, чаще всего определяются с помощью этого типа.

Тензометрические технологии: преимущества

  • Быстрое время отклика;
  • Легкая компенсация температурных воздействий;
  • Низкая чувствительность к динамическим воздействиям.
  • Невозможность обеспечить более низкие диапазоны измерений;
  • Снижение точности показаний при вибрации;
  • Необходимость точного выравнивания с окружающей средой;
  • Сложность начальной настройки.

Требования ГОСТ 21614-91 проверяются на соответствие компонентам современных механических датчиков.

Высокоточные устройства и приборы часто включают в себя тензометрические преобразователи. Тонкостенный алюминиевый или фольгированный проводник служит материалом для тензометрического датчика. Индикатор получает сигнал от резистора, который изменяет свое значение и сопротивление в результате деформации.

Источник

Преимущества и недостатки тензодатчиков

Следующие характеристики тензодатчиков делают их популярными:

  • Возможность монолитного соединения между тензометрическим датчиком и измеряемой деталью;
  • Малая толщина измерительного элемента, обеспечивающая высокую точность измерения с погрешностью 1-3 %;
  • Простота установки, как на плоских, так и на изогнутых поверхностях;
  • Возможность измерения динамических деформаций, изменяющихся с частотой до 50 000 Гц;
  • Возможность измерения в сложных условиях окружающей среды в диапазоне температур от -240 до 1 100 ˚C;
  • Возможность одновременного измерения параметров в нескольких точках детали;
  • Возможность измерения дефо

Из недостатков можно отметить:

  • Влияние погодных условий (температуры и влажности) на чувствительность преобразователей;
  • Незначительные колебания сопротивления измерительных элементов (около 1%) требуют применения усилителей сигнала.
  • Для защиты тензодатчиков, работающих при высоких температурах или в агрессивных средах, требуются специальные меры.

Принцип работы

Датчик деформации обычно работает с мостом измерительной цепи, а не от одного. Мост Uniton, как реализован элемент моста Whitston, выглядит при этом (Рисунок 2):

Рис. 2. тензодатчик как работает

Как видно на рисунке, плечи моста имеют четыре деформационные датчики (по два с каждой стороны), которые дают им упругую деформацию во время измерения. Все резистивные компоненты датчика деформации выбираются одинаково, гарантируя, что разность потенциалов между точками s и -s равна нулю.

Это указывает на то, что в идеальной разгруженной тензоделе ток из выходной схемы измерительного устройства будет проходить только через входную схему. Из -за изменений в конструкции резистивной части и изменения температуры в реальных устройствах все еще существует нагрузка тока.

Гибкое основание прибора деформируется при приложении механической нагрузки к измерительному органу, изменяя рабочие параметры каждого резистора в цепи тензомоста. Тензорезисторы обычно испытывают одновременное сжатие и растяжение (рис. 3).

Рис. 3. Взаимодействовать ли нагрузка и нагрузочная ячейка?

Два резистора на иллюстрации сжаты, а другие растянуты. Электрический ток начинает проходить через выходной сигнал деформации, когда электрическая цепь выходит из равновесия.что будет сигнализировать об изменении разности потенциалов путем изменения дисплея или отклонения стрелки гальванометра.

Мы рассмотрели наиболее простую конструкцию четырехпроводного тензометрического датчика. Но на самом деле, в зависимости от типа конкретного устройства, используются пятипроводные и шестипроводные датчики веса.

Тензометрические датчики могут использоваться в самых разных устройствах для различных целей. Сила физического воздействия измеряется с помощью различных тензометрических датчиков. Различные типы датчиков определяются по ряду критериев.

Изображение 4. Конструкция несущего основания может выявить тип используемых датчиков.

В зависимости от формы несущей базы различают:

  • Аутригер – устанавливается на некоторых типах весов, при взвешивании контейнеров и т.д.
  • S-образный – используется для измерения высоких нагрузок;
  • Диафрагменный – используется в системах управления, высокоточных датчиках и т.д.
  • Колонна – установлена на высокомассовом оборудовании ;

Все датчики нагрузки делятся на следующие категории в зависимости от метода измерения:

  • Резистивные – функциональной основой является тензодатчик или мост из них, размещенный на гибком основании. Такой тензодатчик крепится к поверхности датчика и реагирует на механическую деформацию. Согласно п. 1.1 ГОСТ 21616-91 они делятся на проволочные и фольговые. По количеству и форме они делятся на одиночные розетки, розетки, цепочки и мембранные розетки.
  • Контактные розетки – состоят из двух проводников с перфорированной диэлектрической фольгой между ними. При нажатии проводники проникают в мягкий диэлектрик и обеспечивают форму проводимости, которая изменяет значение сопротивления. В зависимости от типа измерения различают датчики касания, скольжения и силы.
  • Пьезорезонансные датчики основаны на полупроводниковых элементах; в таких тензодатчиках фактический сигнал сравнивается с эталонным сигналом.
  • Пьезоэлектрические датчики основаны на присущем им напряжении электронов, выходящих из определенных полупроводниковых кристаллов. Когда к кристаллу прикладывается сила, это вызывает изменение величины заряда, который передается на измерительный элемент тензометра.
  • Магнитная – использование свойств магнитных проводников для изменения значения магнитной проницаемости в зависимости от физических параметров. Когда сердечник сжимается или растягивается, электромагнитный поток, создаваемый катушкой, изменяется. В результате индуктивность тензодатчика также будет отличаться от эталонного состояния.
  • Емкостной – использует эффект переменного конденсатора, где емкость увеличивается по мере уменьшения расстояния между пластинами. И когда расстояние увеличивается или площадь пластин уменьшается, емкость будет уменьшаться.

Рис. 5. емкостный термодатчик

Нагрузочные ячейки делятся на те, которые реагируют на сжатие и натяжение в зависимости от типа приложенной силы.

Проверка тензодатчика

После подключения всех контактов устройства проводится проверка весовых тензодатчиков. Существует три метода проверки работоспособности изделия:

  • Тензометрический мост Уитстоуна диагностируется путем измерения сопротивления на его входе и выходе с помощью омметра.
  • Испытание в нагруженном состоянии проводится с помощью милливольтметра, когда датчик подключен к стабильному источнику питания с напряжением от 5 до 12 В.
  • Проверка холостого хода выполняется с помощью вольтметра холостого хода. Если у вас нет вольтметра, достаточно будет хорошего мультиметра. В процессе необходимо подключить измерительное устройство и подать сигнал для проверки его значения на выходе. Оно должно соответствовать значениям, указанным в техническом паспорте датчика.

Сферы применения

Тензометрические датчики могут использоваться для измерения собственных напряжений в момент их релаксации в дополнение к определению растяжений, вызванных действием внешних нагрузок на конструктивные элементы оборудования.

Тонкопленочные датчики давления, изготовленные паровым методом или распылением.

Резистивные элементы откалибруются с использованием лазерной фитинга, что повышает точность измерения. Чувствительность кремния апертуры может быть проникнута диффузионными датчиками полупроводникового давления, которые не зависят от характеристик поверхности. Их использование в миниатюрной технологии датчика деформации стало возможным благодаря этому.

Про анемометры:  Нужна помощь. Калибровка датчика давления. - Общие вопросы - Главный форум метрологов

Основная задача тонкопленочных преобразователей – избавиться от нестабильности, которую вызывает адгезив.

Современные специалисты считают рафинированные пленки более стабильными при абсолютном нуле и обладающими высокой прочностью.

Какие условия позволяют использовать датчики нагрузки?

Схемы подключения

В действительности для подключения тензодатчика используются различные конфигурации цепей. Четырехпроводная схема подключения, показанная на рисунке 6 ниже, является самым простым вариантом:

Четырехпроводная схема подключения
Рис. 6. Четырехпроводная схема подключения

В этой ситуации схема подключения предлагает обратить внимание на то, как провода имеют цветовую маркировку: красный и зеленый для напряжения питания, а черный или зеленый – для снятия принимаемого сигнала. В некоторых моделях используется экран на пятом проводе, который служит для заземления корпуса оборудования.

Практическая реализация четырехпроводной схемы подключения
Рис. 7. Практическая реализация четырехпроводной схемы подключения

Шестипроводная схема используется для снижения влияния омического сопротивления питающих проводов на результаты измерений, когда весовой блок отделен от блока управления.

Шестипроводная схема с цепью обратной связи
Рис. 8. Шестипроводная схема с цепью обратной связи

Для подачи напряжения на тензодатчик используются E и -E. Sen и – Se измеряют падение напряжения на проводах и вычитают его из создаваемого ими сигнала. Показания снимаются с помощью контактов S и -S, а функция вычитания выполняется следующим образом:

Практическая реализация вычитания напряжения
Рис. 9. Практическая реализация вычитания напряжения

Тензорезистивные плёнки и их применение в датчиках давления

Хошев Александр Вячеславович
Пензенский государственный университет
аспирант кафедры “Приборостроение”

Khoshev Alexander Vyacheslavovich
Penza State University
Post graduate student of the Department «Instrument engineering»

Библиографическая ссылка на статью:
Хошев А.В. Тензорезистивные плёнки и их применение в датчиках давления // Современная техника и технологии. 2022. № 10 [Электронный ресурс]. URL: https://anemometers.ru/2022/10/4595 (дата обращения: 25.01.2022).

Потребность в датчиках физических величин (таких как давление и скорость) растет вместе со спросом на системы управления, мониторинга и безопасности. На рынке датчики давления занимают значительную долю рынка. В современных датчиках давления используются нано- и микроэлектромеханические системы (NEMS) [1, 5]. С помощью тонких эластичных пленок датчики, основанные на тензорезистивном эффекте, используются в ракетной, космической и авиационной технике.

O MEGA, Nagano Keiki, DyNagawa и других ведущих иностранных производителей тензометрических датчиков давления.

НиЭМС, корпус и другие компоненты образуют датчик давления на основе тонкопленочного тензометрического ниЭМС. Давление преобразуется в электрический выходной сигнал с помощью NiMEMS.

На рис. 1 представлена типичная тензорезисторная тонкоплёночная НиМЭМС датчика давления [5]. Основные её элементы: 1 – мембрана, 2 – периферийное основание, 3 – гетерогенная структура, 4 – выводные проводники, 5 – гермовыводы, 6 – граница мембраны.

Тензодатчик: принцип работы, устройство, типы, схемы подключения

Тензор-резистор тонкопленочный датчик давления NEMS, рисунок 1.

2: периферийная основа; 1: мембрана. На рисунке 3 показана однородная структура, подводящие провода и герметичные выводы.

Датчики Nimalems созданы с учетом характеристик тензорезисторов и упругих элементов. Использование мостовых измерительных цепей и выбор материалов для датчиков с меньшим ТКС позволит повысить их чувствительность и точность.

Согласно анализу существующих и перспективных разработок производителей, наиболее эффективные пути развития тонкопленочных тензометрических датчиков давления основаны на использовании новых материалов или структур, таких как NiMEMS. По сравнению с аналогичной аппаратурой для аналоговых систем измерения температуры, устойчивость ударных вибраций к воздействию дестабилизирующих факторов (температуры) может достигать 90% [9].

Такие материалы, как удельное сопротивление, показатели ТКЛР и температуры линейного расширения, выбираются на основе значения удельного сопротивления, коэффициента тензочувствительности и температурного расширения (ТКЛР). Они определяют эффективность преобразования механической деформации в электрический сигнал, диапазон рабочих температур и температурную погрешность датчика. Тонкопленочные резистивные элементы изготавливаются из альтернативных элементов (тензорезисторов) [14-21]:

Никель и хром с Х20Н80 и Х20 Н75Ю в качестве легирующих добавок;

– Керметы P65HS и K50SS в различных модификациях (1004-3710), которые состоят из кремния и хрома с легирующими добавками;

Вольфрама с рением МР27ВП и молибдена.

Избегайте использования высокого значения TCS – 1-10-4 единиц при изготовлении никель-металлогидридных тензорезисторов со сплавом P65XS. Поэтому изготовленные измерительные цепи сильно нагреваются, что приводит к необходимости добавления термистора для компенсации дисбаланса [17].

Жаропрочные материалы включают сплавы рении с вольфрамом и молибденом (VP27, MP47). Они устойчивы к коррозии и прочны. Однако из-за значительного отрицательного ТКС и высоких цен на редкоземельные элементы, служащие основой этих соединений, эти сплавы не получили широкого применения в качестве тензорезисторов НИИМЭМС. Чтобы компенсировать отрицательное значение, со сплавами VP27VP и MP47VP можно комбинировать другие резистивные материалы [18]. Основные свойства сплавов приведены в таблице.

В таблице 1 перечислены свойства сплавов, используемых в тонкопленочных тензодатчиках.

Имя сплава

Состав

сплава

(%)

Характеристика сплава

Удельное объёмное сопротивление (мкОм)

Коэффициент чувствительности к перепадам давления

ТКС

×10-6

( 1/оС )

ТКЛР

×10-6

( 1/оС )

Х20Н80

Cr – 20

Ni – 80

              10

1,7 – 1,9

100

14

Х20Н75Ю

Cr – 20

Ni – 75

Al – 5

14

1,8 – 1,9

50

15

ВР27ВП

Re – 27

W – 73

30

5,5 –5,8

–110

5,6

МР47ВП

Re – 47

Mo – 53

23

5,0 – 5,4

–170

6,4

П65ХС

Cr – 65

Si – 31

Fe – 1,5

Al – 0,7

La – 0,3

Yt – 0,3

Применяется в виде порошка

1,9 – 2,2

100

К50С

Cr – 22,8-25,2

Применяется в виде порошка

~ 2

–100

РС

Cr–30–53

И – 41-69

Co – 6

Ni – 10

Fe – 1-2

5 – 50000

~ 2

100–700

Сплавы R S (керметы для тонкопленочного напыления) изготавливаются по ГОСТ 22025-76 следующих модификаций: кремний резист 1004 – 3710 – 4400; и 5406 – низкодисперсный порошок 0,04-007 мм. Диапазон сопротивлений: 0,2 – 5000 Ом. используется для изготовления тонкопленочных резисторов с высокой коррозионной и износостойкостью. Резисторы могут быть изготовлены методом маски и фотолитографии. Для работы при температурах до 400 С в виде тонких пластин с хорошей адгезией; для работы при температурах выше 800 С. Применяют вакуумно-термическое, или термоядерное испарение при 1300-1400 С.

Из-за простоты получения тонких тензометрических пленок с приемлемыми свойствами чаще использовался сплав Х20Н75Ю. Термическое испарение в вакуумной среде было основным методом, используемым для создания этих пленок. В настоящее время тонкопленочные тензометрические датчики для механических величин изготавливаются в вакууме с использованием термического испарения. В работе [21] резистивные монослои сплава Kh20N75Yu с отрицательным TCS созданы с помощью электронно-лучевого испарения.

Поскольку процесс нагрева используется для создания структурных пленок, они структурируются в виде тончайших слоев железа (никеля), алюминия или темного слоя на поверхности материала под давлением около 460 атмосфер, что не позволяет им воспроизвести точный состав резистивной пленки. Это один из недостатков использования метода термического испарения или сплава х20Н75Ю. Поскольку они имеют широкий диапазон температурной чувствительности, НИИМЭМС и датчики давления на их основе часто не соответствуют техническим стандартам.

Метод магнетронного распыления в настоящее время является наиболее перспективным для получения тонких резистивных пленок. Она обеспечивает более высокую степень воспроизводимости состава тонких пленок [22, 23]. Можно контролировать синтез тонких пленок при использовании двух мишеней Ni и Cr в одном технологическом цикле, что не всегда возможно при термическом вакуумном испарении [24]. Высокотемпературные материалы, применение которых в производстве тензорезисторов еще не исследовалось, необходимы для увеличения температурного диапазона эксплуатации.

Ученые смогли улучшить температурные характеристики тензодатчиков, изучая высокотемпературные материалы, такие как W, Re и Ti. Хотя существуют объективные требования для получения тонких пленок определенного состава и физических характеристик, сплав Ni-Ti практически не исследовался для этой цели.

Конструкция, изображенная на рис. была выбрана и собрана во время реализации метода магнетронного напыления из двух источников. На рис. 2 показаны центральный 1 и периферийные магниты, используемые на рис. 2 для получения тензорезистивных пленок. 2) изготовлены из самарий-кобальтового сплава и установлены на электрическом проводе из синтетической стали, они помещены в корпус 5 из нержавеющей стали, в котором также находится экран 6. Можно устанавливать мишени диаметром до 120 мм и быстро производить их замену, используя магнетронный распылитель. На рис. 1 показаны два одинаковых магнетронных распылителя. 2) были установлены в камере вакуумной установки УВН-71П3. На один атомизатор помещалась титановая мишень, а на другой – никелевая (Ni) мишень. Опыт был получен в тензорно-резистивных испытаниях по формированию тонких пленок Ni-Cr и Ti в соответствии с описанной схемой.

Про анемометры:  Как измерить ветер анемометром

Разработка технологии для формирования гетерогенной структуры нимемов с резистивными тонкими пленками Ni-TE является многообещающей областью исследований, согласно анализу тонких пленок с тензорезом и их применения в датчиках давления. Для этого необходимо определить способы и процессы производства устойчивых пленок с указанной температурой и экспериментальным сопротивлением.

Тензодатчик: принцип работы, устройство, типы, схемы подключения
                             Рис. 2 – Конструкция магнетронного распылителя:

Один центральный магнит, два вспомогательных провода, три электромагнита, пять (электрический провод), четыре (медный теплоотвод) и шесть (корпус с трубками для подачи воды). 10

Необходимо экспериментально исследовать резистивные пленки, установить зависимость коэффициента их термостойкости от режимов магнетронного распыления, получить аналитические функции, устанавливающие связь между индексом температурного напряжения (T2) или токами нагрева на мишенях из Тибурина, чтобы получить тензорезистивные Ni-Te тонкие пленки с новыми качественными и эксплуатационными показателями. Совершенствование методики позволяет получать тонкие нити толщиной до 1 мм за несколько часов при температуре около 450 градусов Цельсия – самый эффективный способ получения материала для установок с лазерным лучом за один цикл. Этот вид исследований требует значительного количества времени и ресурсов, как человеческих, так и научных. Такие исследования необходимы для поддержания и расширения лидерства отечественной промышленности в области сенсорной техники.

Библиографический список

  1. Белозубов Е.М., Васильев В.А. и Громков Н.В.. Проблемы и основные направления исследований в области тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем датчиков давления // Автоматизация и дистанционное управление – США, Pleiades Publishing, Ltd. 72, № 11, pp. 345 – 352.
  2. Васильев В.А., Вергазов И.Р., Громков Н.В., Москалев С.А.. Датчики давления на основе нано- и микроэлектромеханических систем с частотным выходным сигналом // Открытое образование – Москва, 2022 – № 2 – С. 42 – 45.
  3. Васильев В.А., Громков Н.В. Датчики давления с частотным выходом на основе термостойких нано- и микроэлектромеханических систем // Нано- и микросистемная техника, 2022 – № 9 – С. 19 – 24.
  4. Белозубов, Е.М. ; Васильев, В.А. ; Громков, Н.В.. Проблемы и основные направления исследований в тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических системах датчиков давления // Датчики и системы. – М, 2009.-№ 8. – C. 54 – 58.
  5. Белозубов, Е.М. и Васильев, В.А. Нано- и микроэлектромеханические тонкопленочные системы датчиков давления. Принципы проектирования и перспективы исследований // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, – М., 2009.- № 9. – С.26 – 32.
  6. Белозубов Е.М. Перспектива применения тонкопленочных тензометрических датчиков давления для ракетных и авиационных приборов // Измерительная техника – 2004.- № 5. -С. 37 – 41.
  7. Мокров Е.А., Васильев В.А., Белозубов Е.И. Применение термозащитных пленок для минимизации нестационарных температурных воздействий на тонкопленочные датчики давления с растягивающим преобразователем // Датчики и системы. – М., – 2005. – № 9. – С.21-23.
  8. Белозубов Е.М., Васильев В.А., Громков Н.В.. Датчики давления в России и мире // Метрология, – 2022. – № 10. – С. 15-24.
  9. Белозубова Н.Е. Метод минимизации влияния нестабильных температур и вибрационных ускорений на датчики давления на основе нано- и микроэлектромеханических тонкопленочных систем // Нано- и микросистемная техника, 2022. – № 3. – С.24 – 30.
  10. Белозубов Е.М., Белозубова Н.Е., Васильев В.А.. Повышение временной стабильности датчиков давления на основе нано- и микроэлектромеханических систем в тонких пленках // Нано- и микросистемная техника, 2022 – № 6. – С.31 – 38.
  11. Васильев В.А. ; Громков Н.В.. Простое решение проблемы снижения температурной погрешности в тензорных датчиках давления // Приборы и системы. Управление, мониторинг и диагностика, 2022 – № 9 – С. 32 – 35
  12. Белозубов, Е.М. ; Васильев, В.А. ; Громков, Н.В.. Совершенствование тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем с идентичными тензометрическими элементами и датчиков давления на их основе // Нано- и микросистемная техника, 2022 – № 10. – 27 – 33 с.
  13. Белозубов Е.М. ; Белозубова Н.Е. ; Васильев В.А. Временная стабильность тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем с идентичными тензометрическими элементами и датчиков давления на их основе // Приборы и системы. Управление, мониторинг, диагностика, 2022 – № 11 – С. 45 – 50.
  14. Данилина Т.И., Смирнова К.И., Илюшин В.А., Величко А.А.. Микро и нанотехнологические процессы, – ТУСУР, Томск, 2004, – С.101-104.
  15. Осадчий Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических величин – М.: Машиностроение, 1979. – 480 с.
  16. Конструкционные материалы: учебное пособие / Б.Н. Арзамасов, сов. В.А. Брострем, Н.А. Буше и др; под редакцией Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1990 – С. 526 – 536.
  17. Тихоненков В.А., Сорокин В.А., Ефимов И.П. Патент РФ № 2302619 G01K 7/00. Способ мультипликативной компенсации температурной погрешности в датчике с осциллирующим элементом. Публ. 10.07.2022. бюллетень № 19.
  18. Зеленцов Ю. A., Volokhov I. В., Песков Е. V. Патент СССР № 1820416 А1, H 01 C 17/00. Способ изготовления высокотемпературного тонкопленочного вольтметра. Публ. 7.06.1993. Бюллетень № 21.
  19. Официальный сайт производителя ЗАО “Купавнареактив”. Режим доступа – http://reaktivy.ru/catalog/item/451/
  20. Официальный сайт производителя ООО “Гирмет”. Режим доступа – http://www.girvac.ru/materials/rezist.html/
  21. Волохов И.В., Песков Е.В., Попченков Д.В. Патент РФ № 2326460 H01C17/00, G01L7/08. Способ изготовления высокотемпературных тонкопленочных резисторов. Публ. 10.06.2008 Бюллетень № 16.
  22. Кузьмичев А.И. Системы магнетронного напыления. К. 1. Введение в физику и технологию магнетронного распыления – Киев: Аверс, 2008 г. – 244 с.
  23. Магнетронное распыление прозрачного проводящего оксида цинка: связь между параметрами распыления и электронными свойствами / Эллмер К. // Дж. Appl. Phys., V.33, 2000, pp. 17-32.
  24. Тимаков, С.В.. Системы управления технологическими режимами магнетронного осаждения тензорно-резистивных пленок / автореферат докторской диссертации. – Пенза. – 2022. – 22.

Все статьи автора «khoshev»

Устройство и принцип работы

Крошечный инвертор, закрепленный на передней панели измерительной панели, служит ее центральным компонентом. Во время измерений чувствительные контакты панели соприкасаются с объектом. Компоненты обработки и индикации тензодатчика получают изменяющийся электрический сигнал в результате этих деформаций.

Датчики варьируются в терминах как типа, так и типа измеренных значений в зависимости от приложения. Требуемая точность измерения является важным фактором. Он не будет соответствовать электронному аптекальному шкале, если на заводской выставке нет нагрузочной ячейки.

Характеристика

Использование провода с относительным изменением сопротивления, равного удлинению в диапазоне максимальной деформации, требуется для производства тензометрических датчиков. Коэффициент пропорциональности k должен иметь высокие значения в этой ситуации.

Материалы с высоким удельным сопротивлением используются для небольших устройств с высокой чувствительностью. В этой ситуации температурная зависимость удельного сопротивления при изменяющихся условиях окружающей среды должна быть минимальной, если не полностью отсутствовать.

Какие обстоятельства тендензистористы лучше всего работают в

  • Небольшая разница между коэффициентами теплового расширения материала конструкции (или узла) и измерительной трубки аппарата.
  • Нечувствительность к тепловым напряжениям, возникающим при соединении измерительного элемента с контролируемой частью устройства или конструкции (наиболее распространенным методом такого соединения является пайка).
  • Хорошая обрабатываемость паяных соединений, которая не изменяет характеристики прибора.
  • Надежное соединение с учетом возможных динамических ударов и перемещений.

Коэффициент Пуассона, общее измерение изменения поперечного сечения детали под действием растягивающих напряжений, а также тепловые и физические характеристики материала, из которого изготовлено устройство, – все это влияет на пропорциональность k.

Характеристики тензорезисторов

База: Длина проводников сетки (0,2-150 мм). Значение активного сопротивления, или номинальное сопротивление R, варьируется от 10 до 1000 Ом. Рабочий ток питания Ip – это значение, ниже которого не происходит заметного нагрева тензодатчика. В результате перегрева изменяются свойства материала чувствительного элемента, подложки и клеевого слоя.

Коэффициент чувствительности к деформации: s = (R/R) / (“L”), где R и “” – сопротивление и длина нагруженного датчика, соответственно. R может быть как положительным (R увеличивается при растяжении), так и отрицательным (R уменьшается) в зависимости от материала. Для различных металлов диапазон от -12,5 и выше до 12,6 S варьируется.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector