Резистивные деформационные манометры

Резистивные деформационные манометры


Резистивные манометры основаны на изменении активного электро­сопротивления проводников при их механической деформации. Впервые этот эффект (тензоэффект) был рассмотрен английским физиком В. Томпсоном (лорд Кельвин) в 1856 г. Экспериментальные исследова­ния тензоэффекта для различных металлов и сплавов были впервые про­ведены при давлениях до 300 МПа Лизелом (1903 г.), а затем при дав­лениях до 1300 МПа Бриджменом (1911 г.). Однако широкое внедрение тензоресторной техники в промышленность началось со времен второй мировой войны.


Основная характеристика тензоэффекта — коэффициент относитель­ной тензочувствительности, определяемый как отношение изменения со­противления проводника к изменению его длины. Для твердых тел относительное изменение сопротивления зависит как от изменения геометрических размеров, так и от изменения удельно­го сопротивления. Принципиальное отличие тензометрического метода измерения дав­ления состоит в том, что мерой давления является не перемещение за­данной точки УЧЭ в осевом направлении, а деформации поверхности УЧЭ или поверхности связанного с ним тела. Измерительный преобразо­ватель, который преобразует деформации поверхности твердого тела в изменение его электросопротивления, называется тензорезистором.


Обычно выделяют следующие основные группы тензорезисторов:

  • проволочные, 
  • фольговые, 
  • тонкопленочные
  • полупроводниковые. 

При этом находят применение два основных вида преобразования давле ния:

  • давление, воспринимаемое УЧЭ, вызывает деформацию его поверх ности (растягивающую или сжимающую), которая преобразуется в из менение электросопротивления тензорезистора;
  • давление, воспринимаемое УЧЭ, преобразуется в сосредоточенную силу, которая деформирует упругое твердое тело с жестко связанным с ним тензорезистором; иногда производится промежуточное преобразо вание силы в момент сил.

Аппаратура, содержащая промежуточные преобразователи различ ного назначения, а также источники питания, усилитель выходного сиг нала и вторичные приборы для индикации и регистрации давления, тре бует существенно больших затрат на изготовление, чем УЧЭ с вмонтиро ванными в него тензорезйсторами, которые, как правило, включаются в мостовую схему и составляют вместе с УЧЭ единый блок (датчик).


Тензорезисторы обычно включаются во все четыре плеча мостовой схемы, причем для повышения чувствительности одна пара тензорезис-торов работает на растяжение, а другая на сжатие. Иногда два тензорезис-тора располагаются на участках УЧЭ, подверженных деформации, а два других „холостых» (не подвергаются растяжению или сжатию) предна значены для температурной компенсации мостовой схемы. Для датчиков высокой точности требуются также уравновешивающие и компенсацион ные элементы для корректировки нуля и диапазона измерений и пр.

Первыми были разработаны проволочные тензопреобразователи (проволочные тензорезистивные манометры), предназначенные для из мерения высоких давлений, которые в отличие от указанных выше ме тодов преобразования основаны на всестороннем сжатии проводника непосредственно давлением окружающей среды без применения УЧЭ, т. е. функции УЧЭ и тензорезистора совмещены в одном элементе.

В качестве материала проволочного сопротивления до настоящего времени применяется манганин (сплав меди, марганца и никеля), эф фективность которого при создании тензоэффекта была выявлена ис следованиями Лизела и Бриджмена еще в начале нашего века.