Датчики контактного сопротивления


Датчики

Датчики контактного сопротивления (ДКС) Построены на зависимости переходного сопротивления между соприкасающимися электропроводными (ЭП) элементами от усилия их сжатия или деформации. В качестве ЭП элементов для ДКС применяют, например, ЭП бумагу, ЭП резину и другие ЭП материалы с удельным объемным сопротивлением Ом-см, так как переходное сопротивление много больше объемного сопротивления контактирующих элементов.

Одним из первых первичных преобразователей этого типа является угольный микрофон. Способ измерений, основанный на эффекте изменения переходного сопротивления, был впервые предложен американским бюро стандартов в 1924 г. Первым ДКС считают телеметр Петерса, имевший один столбик угольных шайб, зажатый между двумя токоотводящими обкладками и служивший для измерения деформаций.

В Советском Союзе изготовление угольных шайб и конструирование первых приборов для измерения напряжений было начато в ЦНИИТмаше в 1937 г. В этом институте для измерений быстроменяющихся деформаций был разработан угольный телеметр. Т5-30 с двумя столбиками. В дальнейшем столбики с угольными шайбами нашли применение для изготовления динамометров растяжения и сжатия, датчиков малых перемещений, моментов, вибраций, ускорений, а также в регуляторах напряжения в качестве управляемых резисторов [1, 18, 62].

Однако небольшая точность угольных ДКС значительно ограничила со временем область их применения. Этому способствовало также появление проволочных тензорезисторов, с помощью которых представилось возможным решать многие задачи измерений сил, давлений и деформаций на качественно более высоком уровне.

Тем не менее потребность в высокочувствительных датчиках, какими являются ДКС, не уменьшалась, а возрастала, Особенно ощутима потребность в таких датчиках, например, при научных исследованиях, для которых нужны миниатюрные датчики давления — площадью до 3 см2.

Построение микродинамометров на базе угольных шайб невозможно, во-первых, из-за слабого сцепления между собой частиц угля, приводящего при сжатии шайб к произвольному изменению числа контактирующих пар, во-вторых, из-за относительно большой толщины угольных шайб, не позволяющей микроминиатюзировать датчики; и, в-третьих, из-за хрупкости угольных шайб, приводящей к их частым повреждениям. Кроме того, из-за низкого удельного сопротивления угля (р=0,01 Ом-см) угольные ДКС нуждаются в относительно сложном измерительном устройстве. Поэтому в последние десятилетия в СССР и за рубежом ведутся усиленные поиски более совершенных конструкций ДКС, сочетающих простоту с возможностью работы непосредственно на электроизмерительный либо самопищущий прибор и позволяющих создавать миниатюрные датчики давления.

См. также:  Датчики систем охранной и предупредительной сигнализации

Таким требованиям удовлетворяют, например, новые пьезорезисторные ДКС из ЭП бумаги, обладающие следующими характеристиками:

1) высоким уровнем изменения выходного параметра (АЯ/Я0=0,9) при широком диапазоне начального сопротивления (Я0=10Ч-108 Ом), позволяющего применять простейшие измерительные цепи, фиксировать выходной сигнал с помощью стрелочного или самопищущего прибора без усиления, осуществлять питание измерительной цепи от маломощнрго низковольтного источника постоянного или переменного тока, передавать изменения выходного параметра по линии связи без искажений и практически не лимитировать длину этой линии, применять недорогие коммутационные устройства;

2) большой жесткостью (малым входным перемещением ДЛ=0,1—0,2 мм), обеспечивающей наименьшее влияние на состояние упругой системы, в которой производятся измерения;

3)  малыми геометрическими размерами (толщина Аг=0,5Ч-5 мм, площадь 5 =0,02-г 10 см2);

4)  простотой и разнообразием конструкций, механической прочностью (при больших перегрузках), многократностью использования, простотой используемого при производстве оборудования, отсутствием дорогостоящих материалов и возможностью практического изготовления всего комплекта аппаратуры в лабораторных условиях/

Исследования, разработки и практическое применение ДКС свидетельствуют о том, что эти преобразователи удачно дополняют арсенал датчиков, построенных на других принципах, что способствует интенсификации научных исследований и упрощению решения многих технических задач.