Нагрузочные характеристики

Основные параметры. На рис. 2.3 показаны нагрузочная характеристика Я={(Р) и нагрузочно-деформационная характеристика ДЛ=/(Р) ПР с нескрепленным ЧЭ из ЭПБ круглой формы, выполненного штамповкой, с обкладками из белой жести толщиной 5 2=0,3 мм и оболочкой из лейкопластыря.

Площадь ЧЭ 5 = 1,13 см2, количество контактных пластин /1 = 10, удельное сопротивление ЭПБ р=400 Ом-см. В табл. 2.1 приведены режим работы, электрические и деформационные параметры данного ПР.

Из семейства нагрузочных характеристик ПР (5 = 1,13 см2, и = 10) вида (рис. 2.4) следует, что ПР, выполненные из ЭПБ разного удельного сопротивления при одинаковых площади и числе контактных пластин, имеют одинаковую форму характеристики и отличаются, главным образом, средним сопротивлением /?ср. При этом для каждого сорта ЭПБ имеют место соответствующие ограничения по начальному давлению (линия /) и по допустимому давлению (кривая 2).

Нагрузочные характеристики

Рис. 2.4. Семейство нагрузочных характеристик пьезорезисторов

 

Жесткость ПР с ростом нагрузки возрастает вследствие уплотнения ЧЭ. При этом существенное влияние на жесткость ПР оказывает материал оболочки, жесткбсть которой в некоторых случаях соизмерима с жесткостью ЧЭ. Например, деформация оболочки из лейкопластыря при Рном=300 кПа составляет 0,025 мм, а из ПХВ ленты—0,015 мм.

Нелинейность. У ПР из ЭПБ (5=1,13 см2, л = 10, р=400 Ом-см) нелинейность характеристики вида Р=/(Р) составляет т]=58%, в то время как нелинейность нагрузочной характеристики вида /=/(Р) (кривая рис. 2.5), составляющая 7]= 15,5%, почти в четыре раза меньше. Линеаризация характеристики достигается уменьшением влияния на нее схемных (см. § 3.2) и конструктивных факторов, таких как неравномерность чувствительности, площадь и число контактных пластин.

Неравномерность чувствительности ПР по длине нагрузочной характеристики обусловлена тем, что условия для роста контактной площади в начальной области более благоприятны, чем в конечной — меньшая жесткость и больший потенциальный запас контактных пар. Один из способов уменьшения влияния данного фактора состоит в искусственном уменьшении крутизны начального участка характеристики. Конструктивно это осуществляют путем создания между контактными пластинами дополнительного барьера, например, установкой между ними перфорированных пластин из тонкого неэлектропроводного материала 1 (рис. 2.6,а, 2—пластины из

См. также:  Погрешности пьезорезисторов и методы их снижения

Нагрузочные характеристики

Рис. 2.5. Нагрузочные характеристики пьезорезисторов вида 1=/(Р)

 

ЭПБ, 3—обкладки). Контакт между активными пластинами в данном случае осуществляется через отверстия в пассивных пластинах, на что требуется дополнительная затрата энергии. Нелинейность характеристики при этом зависит от толщины пассивных пластин, а также от диаметра и количества отверстий в них. На рис. 2.5 (кривая 2) показана зависимость /=/(Р) ПР с девятью пассивными пластинами из конденсаторной бумаги, каждая из которых имеет три отверстия диаметром 4—5 мм. Нелинейность, ее составляет т=5,5%, что почти в три раза меньше нелинейности характеристики ПР без промежуточных пластин (простейшего ПР). При этом, однако, для достижения той же чувствительности требуется большее напряжение питания измерительной цепи. Применение перфорированных промежуточных пластин из той же или относительно более высокоомной ЭПБ также несколько снижает нелинейность характеристики. Неэлектропроводные перфорированные промежуточные пластины создают, кроме того, в районе перфораций дополнительный восстанавливающий момент, способствующий улучшению упругих качеств ЧЭ. Изменение нелинейности характеристики достигается также начальным сжатием ПР. Чувствительность ПР зависит от площади и числа контактных пластин, причем при U = const с увеличением площади пластин чувствительность возрастает, а с увеличением их числа — уменьшается. В последнем случае для поддержания чувствительности на заданном уровне увеличивают напряжение питания измерительной цепи. Увеличение же площади ПР приводит, как отмечено, к увеличению нелинейности характеристики. Это противоречие разрешают путем построения многопакетных ПР, у которых несколько ЧЭ с обкладками собирают в столбик и соединяют параллельно. При этом площадь суммарного ЧЭ увеличивается в N раз, в то время как опорная площадь остается равной площади одного ЧЭ. В многопакетных ПР внутренние обкладки выполняют из тонкой фольги. ЧЭ выполняют как из дискретных пластин, так и гармошкой, в которую вставляют обкладки через равное число контактных пластин. На рис. 2.8,а показано устройство двухпакетного и на рис. 2.8,6—трехпакетного ПР. Особый интерес с практической точки зрения представляют двухпакетные ПР. Наличие у них двух наружных обкладок, находящихся под одним потенциалом, позволяет экранировать эти ПР, что особенно важно при работе ПР в динамическом режиме. В двухпакетных ПР представляется, кроме того, возможным выполнить ЧЭ из одной полосы ЭПБ в виде плоской спирали 1 (рис. 2.8,в), обмотанной вокруг внутренней обкладки 2, а наружные обкладки — в виде плоского ободка 3 из тонкой металлической фольги, которую обматывают в два слоя вокруг ЧЭ, причем наружный конец фольги припаивают на сгибе к нижележащему слою. Это позволяет получить компактный преобразователь с хорошими экранирующими качествами. В такой конструкции упругиекачества ПР в целом улучшаются за счет дополнительной восстанавливающей силы у спирального ЧЭ и металлического ободка и одновременно значительно упрощается изготовление. На рис. 2.8,г показан пример выполнения цилиндрического ПР из ЭПБ. Для получения такого ПР одну (внутреннюю) обкладку 1 выполняют в виде жесткого металлического цилиндра или стержня, вокруг которого располагают ЧЭ в виде спирально обмотанной полоски ЭПБ 2. Вторую (наружную) обкладку 3 выполняют из тонкой металлической фольги в виде податливого цилиндра, поверх которого располагают оболочку 4. Для улучшения податливости ЧЭ и верхней обкладки они при необходимости могут быть надрезаны в нескольких местах по высоте цилиндра.

См. также:  Влияние температуры

При неизменной площади обкладок уменьшить активную площадь ЧЭ представляется возможным как путем перфорации ЧЭ (см. рис. 2.6,6), так и установкой между ЭП Пластинами перфорированных изоляционных прокладок (см. рис. 2.6,а).

Технологический разброс. По чувствительности ПР в одной технологической партии имеют распределение, близкое к нормальному закону. Снижение технологического разброса достигают подбором ЭПБ с одинаковым удельным сопротивлением.