Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Малобазные тензодатчики сопротивления

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
8.18 Mб
Скачать

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ И ЗАРУБЕЖНЫЕ МАЛОБАЗНЫЕ ТЕНЗОДАТЧИКИ

Типаж и свойства тензодатчиков сопротивления характери­ зуются комплексом конструктивных параметров, а также измери­ тельными и техническими характеристиками. Под конструктив­ ными параметрами понимают форму и тип решетки, ее геометри­ ческие размеры, тип и размеры тензодатчика в целом. К изме­ рительным характеристикам тензодатчика относят коэффициент тензочувствительности, ползучесть, частотные характеристики1 и температурную чувствительность 2, а к техническим характеристи­ кам — номинальное сопротивление, сопротивление изоляции и влагостойкость.

Такие характеристики, как ползучесть, частотные характе­ ристики, температурная чувствительность, сопротивление изоля­ ции и влагостойкость, регламентирующиеся при тех или иных из­ мерениях, в значительной степени определяют область применения тензодатчиков. Однако эти характеристики предприятия, изготов­ ляющие тензодатчики, часто не указывают.

Ниже приводится типаж, конструктивные параметры и неко­ торые характеристики малобазных тензодатчиков, изготовляемых отечественными 3 и зарубежными предприятиями.

1. ПРОВОЛОЧНЫЕ ТЕНЗОДАТЧИКИ С ПЛОСКОЙ РЕШЕТКОЙ

Отечественные тензодатчики

Отечественные малобазные проволочные

т е н з о д а т ч и к и

с п л о с к о й п е т л е в о й р е ш е т к о й

выпускаются с ба­

зой 3 и 5 мм и сопротивлением 50 или 100 ом с разбросом в ±5% . Решетка тензодатчика изготовляется из константановой термо­ компенсированной проволоки МНМц 40-1,5 диаметром 20, 25 или

1 Понятие о частотных характеристиках дано

в гл. VI.

2 Под температурной чувствительностью S tnтензодатчика понимают темпера­

турный коэффициент сопротивления наклеенного

тензодатчика 5 т = аж +

+ (Po-P*)S* [И].

 

3 В Советском Союзе тензодатчики сопротивления серийно изготовляются Томским заводом математических машин (ТЗММ).

30 мкм; подложка — из чертежного пергамина, папиросной, сига­ ретной и прозрачной чертежной бумаги или пленки клея БФ-2. Связующим 1 служит клей БФ-2. Тензодатчики выпускаются как с бумажным покрытием, рекомендуемые для применения в лабо­ раторных и полевых условиях, так и без бумажного покрытия, рекомендуемые для применения только в лабораторных условиях.

Коэффициент тензочувствительности датчиков не превосхо­ дит 1,8 с разбросом ±2,0%. Ползучесть тензодатчиков при тем­ пературе 293 ± 5° К (20 ± 5° С) не превышает 0,5% для тензо­ датчиков на пленочной и 1,0% на бумажной подложках. Тензо­

датчики применимы

для

измерения относительных деформаций

в пределе ±3-10-3

при

рабочей температуре от 233 до 343° К

(от —40 до +70° С). Тензодатчики можно наклеивать ацетоно­ целлулоидным клеем, клеями 192Т или БФ-2.

К тензодатчикам с плоской решеткой относятся также т е н ­

з о д а т ч и к и б е з п о п е р е ч н о й

ч у в с т в и т е л ь ­

н о с т и , у которых площадь поперечного

сечения перемычки

значительно больше площади поперечного сечения тензочувствительной нити [47]. У таких тензодатчиков отсутствует поперечная чувствительность. Кроме того, выступающие концы тензочувствительных нитей или так называемые анкерные концы позво­ ляют улучшить передачу деформации на решетку тензодатчика.

Тензодатчики указанной конструкции с базой 3 и 5 мм разра­ ботаны в ЦНИИСК АС и А СССР. Решетку тензодатчиков изго­ товляют из константановой проволоки диаметром 30 мкм; под­ ложку — из папиросной бумаги, пленок клея БФ-2 или лака Ф-7Т. Коэффициент тензочувствительности датчиков составляет 2,18 с разбросом ±2% . Тензодатчики наклеивают клеем БФ-2 или 192Т.

Зарубежные тензодатчики

Наиболее полная номенклатура малобазных проволочных т е н з о д а т ч и к о в с п л о с к о й п е т л е в о й р е ш е т ­ к о й представлена фирмами Тинслей и Хоттингер (табл. 1).

Решетку тензодатчиков изготовляют из константана, эдванса, кармы или нихрома. Для измерения динамических или быстро протекающих деформаций фирма Тинслей рекомендует выпол­ нять решетки из проволоки изоэластик: Компания Вибро-Метер применяет наряду с медноникелевыми сплавами также платиноиридйевый сплав. Решетки тензодатчиков формируются намоткой или вытяжкой. Тензодатчики изготовляют на бумажной или пле­ ночной подложке из связующего типа дюрофикс, аралдит, а также бакелитовой, фенольной или акриловой смолы.

1 Здесь и далее под связующим понимается любой адгезив, применяющийся при изготовлении и наклейке тензодатчиков.

Таблица 1

Зарубежные малобазные петлевые проволочные тензодатчики

Конструктивные

параметры

 

Размеры

Размеры

Тип

решетки

подложки

в

мм

в

мм

тензодатчика

 

 

 

 

Фирма

База

Ширина ьр

Длина

Ширина

6

О

 

 

о.

" а

 

 

о

£ ь

 

 

° а?

“ о

 

 

ао

н X

Материал

Материал

о

Xл

х и

<ич

решетки

подложки

£

а <и

 

 

S*

X" Ь

 

 

х *

•е-g

 

 

*2

 

 

5Sg

3 >•

 

 

 

ЖS’

 

 

 

14АЗ-120/1/8

3,0

5,0

16,0

11,0

120

1,7

Эдванс

Дюрофнкс

эЖ

12К2-1000/3/16

5,0

10,0

11,0

20,0

1000

1,7

Карма

Бакелито­

 

 

 

 

 

 

 

 

вая

смола

OJ

12А8-115/1/8

4,0

2,0

6,0

5,0

115

1,6

Эдванс

То

же

5

12АЗ-120/1/12

2,0

1,5

5,0

2,0

120

1,9

То же

 

»

ж

12ЕЗ-200/1/8

3,5

2,0

8,0

3,0

200

3,2

Изоэла­

 

»

ж

 

Н

 

3,0

2,5

10,0

8,0

600

 

стик

 

»

 

12ЕЗ-600/1/8

3,1

То же

 

 

ЗК9-125/1/8

3,0

6,0

1,5

8,0

125

2,9

Карма

Си

3/120ЕВ1

3,2

3,2

5,0

12,0

120

2,0

Кон-

Фенольная

О)

tn

 

 

 

 

 

 

 

стантан

смола

ж

 

 

 

 

 

 

 

ж

3/120FB3

3,2

3,2

5,0

12,0

120

2,0

То же

То

же

р

о

3/120FA1

3,2

3,2

5,0

12,0

120

2,0

»

Акриловая

X

 

 

 

 

 

 

 

 

смола

П р и м е ч а н и я . Высокотемпературный тензодатчик ЗК9-125/1/8 — на вре­ менной рамочной подложке.

Выводы тензодатчиков типа 3/120FB3 имеют разгрузочную петлю. Тензодатчики типа 3/120FA1 выпускаются с плоскими выводами специальной

формы.

Среднеквадратичный разброс коэффициента тензочувствительности датчиков не превышает 2,5%, разброс номинального сопро­ тивления в партии 1% и в отдельных партиях 5%.

Тензодатчики наклеивают, как правило, теми же связую­ щими, которые применяют и при изготовлении тензодатчика. Фирма Хоттингер рекомендует для наклейки тензодатчиков при­ менять следующие связующие:

Марка связующего

. . .

Х-60

Н

ВС 6035

Н-3

Максимальная

температура

 

 

 

 

применения

в °К

(°С)

353 (80)

373 (100)

423 (150)

473 (200)

Т е н з о д а т ч и к и б е з п о п е р е ч н о й ч у в с т в и ­

т е л ь н о с т и ,

изготовляемые

серийно

фирмой Гуггенбергер

(табл. 2), выпускаются как с бумажным, так и с фетровым покры­ тием.

Малобазные проволочные тензодатчики без поперечной чувствительности фирмы Гуггенбергер

 

Конструктивные параметры

 

­

 

Номинальноесо­ противлениев ом

Коэффициенттензо чувствительности

 

IQ

=L°-

п

В

 

Размеры р е­

Размеры под­

 

 

 

шетки в мм

ложки в мм

 

 

Тип тензодатчика

jp

Я

 

Я

 

 

 

я

 

 

 

я

X

X

 

 

 

X

X

X

 

 

 

т

о.

X

а

 

 

 

я

 

ч

X

 

 

ВР1/2/120

5.0

3.5

12,0

10,0

120

2.5

BL1/2/120

5.0

3.5

12,0

10,0

120

2.5

Материал

подложки

Бумага

Пластмасса

2. ПРОВОЛОЧНЫЕ ТЕНЗОДАТЧИКИ С ДВУХСЛОЙНОЙ СПИРАЛЬНОЙ РЕШЕТКОЙ

Отечественные тензодатчики

Наиболее совершенная технология изготовления проволочных тензодатчиков малыми партиями принята в исследовательской лаборатории Уралмашзавода [30].

Тензодатчики Уралмашзавода имеют базу 1,2; 1,5 и 2,5 мм и сопротивление до 100 ом. Решетку тензодатчиков изготовляют из константановой проволоки МНМц 40-1,5 диаметром 25 мкм, которую наматывают с шагом 0,05; 0,07; 0,09 или 0,23 мм по вин­ товой линии (спирально) на бумажную гильзу, установленную на цилиндрическую оправку. Для изготовления гильзы и под­ ложки тензодатчика применяют конденсаторную бумагу; связу­ ющим служит клей БФ-2 *.

Коэффициент тензочувствительности датчиков составляет 1,6— 1,7 при среднеквадратичном разбросе (2,5—3,0%). Тензодатчики наклеивают клеем БФ-2.

Для измерения объемных деформаций внутри моделей из эпок­ сидной смолы В. Ф. Яковлев применяет безосновные витые мало­ базные тензодатчики специальной конструкции [67]. Тензодат­ чики изготовляют из нихромовой проволоки диаметром 15 мкм, наматываемой на пластинку из эпоксидной смолы. Толщина пла­ стинки составляет 0,1—0,15 мм, ширину принимают равной базе тензодатчика. Таким образом, подобные тензодатчики имеют про­

странственную

решетку. Тензодатчики

устанавливают в форму,

* П а н о в Ф.

В., М и р о н о в А. И. и

К о п ы л о в В .П . при намотке

двухслойных спиральных тензодатчиков с базой 3—4 мм используют плоскую оправку толщиной 2 мм. Гильзу и подложку тензодатчика изготовляют из пленки лака ВЛ-6.

Фирма

Я

о

н

л

ч

Я

2

U

СО

2

СО

Я

S

О

О

S

(-

я

СП

СО

ш

о

й

(Ьи- ч/и

липе

Зарубежные малобазные тензодатчики с двухслойной спиральной решеткой

Констру ктивные

 

 

пара метры

 

 

Размеры

Размеры

Тип тензо­

решетки

подложки

в мм

в мм

датчика

 

 

 

 

 

 

СО

со

СО

 

•v*

X

я

 

СТЗ

X

X

Я

 

а

 

со

а

X

 

а

S

п

S

 

IQ

 

В

А-19

1,6

3,0

12,7

_

А-18

3,2

4,6

15,2

А-18

3,2

5,6

15,9

6,3

АВ-32

0,8

1,6

13,0

6,5

АВ-19

1,6

3,0

12,7

АВ-11

3,2

3,2

14,3

8,0

ABD-11

3,2

6,3

15,2

С-19

1 . 6

3,0

12,7

С-18

3,2

4,0

15,9

12,7

С-11

3,2

4,8

12,7

11,0

СВ-8

3,2

8,0

15,9

11,9

СВ-11

3,2

3,2

17,5

6,3

К-3-А1

3,0

1,8

12,0

6,0

КР-3-А1

3,0

1,9

12,0

6,0

КВ-3-А1

3,0

1,8

12,0

6,0

КВ-1.5-А1 1,6

1,5

8,0

6,0

КВ-1-А1

1,0

2,5

5,0

6,0

KN-3-A1

3,0

1,7

12,0

6,0

KBN-3-A1

3,0

1,7

12,0

6,0

­

втивлениеом

Коэффициенттензочувствнтельностн

 

 

Номинальноесопро

Материал

Материал

 

 

 

решетки

подложки

60

1,7

Эдванс

Бумага

120

1,8

То же

То же

120

1,8

»

 

»

120

1,5

»

Бакелито­

60

1,7

 

вая

смола

»

То

же

120

1,8

»

 

»

120

1,8

»

 

»

100

2,7

Изоэла­

Бумага

500

3,3

стик

 

 

То же

То же

500

3,1

»

 

»

500

3,2

»

Бакелито­

500

3,2

 

вая

смола

»

То

же

120

2,0

_

Бумага

120

2,0

Полиэфир­

120

2,0

 

ная пленка

Бакелито­

120

 

вая

смола

1,9

То

же

120

1,9

 

»

120

1,9

 

Бумага

120

2,1

Бакелито­

 

 

вая

смола

PR 9214

4,0

3,0

22,0

8,5

120

2,0

 

Бумага

PR 9214В

4,0

3,0

22,0

8,5

120

2,0

Бакелитовая

смола

П р и м е ч а н и е. Тензодатчики типа АВ-]19 выпускаются также в виде прямоугольной двухэлементной розетки АВХ-19.

Тензодатчики типа ABD-11 выпускаются с переходной колодкой. Тензодатчики типа К-3-А1 выпускаются также в виде прямоугольных двух-

элементной К-3-В1 и трехэлементной К-З-ВЗ розеток.

Тензодатчики типа КР-3-А1 выпускаются также в виде прямоугольных двухэлементной КР-3-В1 и трехэлементной КР-З-ВЗ розеток.

Тензодатчики типа КВ-3-А1 выпускаются также в виде прямоугольных двухэлементной КВ-3-В1 и трехэлементной КВ-3- ВЗ розеток.

Немагниторезнстивные тензодатчики типа KN-3-A1 выпускаются также в виде прямоугольных двухэлементной KN-3-BI и трехэлементной KN-3- ВЗ розеток.

Тензодатчики типа PR 9214 выпускаются также в виде прямоугольных двухэлементной PR 9219 и трехэлементной PR 9218 розеток.

Немагниторезистивные тензодатчики типа

KBN-3-A1 выпускаются также

в виде прямоугольных двухэлементной KBN-3-B1

и трехэлементной KBN-3-B3 ро-

зеток.

 

которую заливают эпоксидной смолой, при этом подложка тензо­ датчика (пластинка) растворяется и решетка оказывается вмон­ тированной внутрь модели.

Тензодатчики рассматриваемой конструкции имеют базу 0,5— 5,0 мм и сопротивление 70—200 ом. Коэффициент тензочувствительности датчиков составляет 1,5—1,7.

Зарубежные тензодатчики

Малобазные проволочные тензодатчики с двухслойной спи­ ральной решеткой широкой номенклатуры выпускаются фирмами Болдуин-Лайма-Гамильтон, Филипс, Киова Дэнгио и др. (табл. 3).

Решетки тензодатчиков, предназначенных для измерения ста­ тических или медленно изменяющихся деформаций, изготовляются из эдванса, а для измерения динамических или быстро протекаю­ щих деформаций — из изоэластика. Подложка и гильза выпол­ няются из бумаги и полиэфирной или бакелитовой пленок. Раз­ брос коэффициента тензочувствительности датчиков фирмы Филипс составляет ±1,5%, остальными фирмами этот разброс, а также разброс сопротивления тензодатчиков в партии и между партиями не сообщается.

Наклейку тензодатчиков фирмы Болдуин-Лайма-Гамильтон, выполненных на бумажной подложке, рекомендуется производить клеем Дуко, клеем SR-4 или составом Армстронга А-1, а выпол­

ненных на бакелитовой подложке — бакелитовым

клеем марки

ВС 6035, составом Армстронга А-1 или составом

Котипского.

Фирма Киова Дэнгио для наклейки тензодатчиков рекомендует

применять связующие, приведенные в табл.

4.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

Связующие, применяющиеся для наклейки тензодатчиков

 

 

фирмы

Киова Дэнгио

 

 

Марка

 

 

Максимальная

Применимость (материал

Основа связующего

температура

связующего

применения

подложки наклеиваемого

 

 

 

в °К

(°С)

тензодатчика)

 

 

 

 

 

в с - и

Нитроцеллюлоза

343

(70)

Бумага

 

ЕР-18

Эпоксидная

смола

353 (80)

Эпоксидная смола

СС-15

Фенольная

смола

373

(100)

Бакелитовая

смола

PC-12

Полиэфирная смола

443

(170)

Полиэфирная

пленка

РС-6

Цианоакрилат

473

(200)

Бакелитовая

смола

ЕР-17

Эпоксидная

смола

 

 

Безосновные

тензодат­

 

 

 

 

 

чики

 

3. ПРОВОЛОЧНЫЕ ТЕНЗОДАТЧИКИ С ОДИНОЧНОЙ НИТЬЮ

Малобазные проволочные тензодатчики с одиночной нитью (тензисторы), предложенные В. Я. Агаронником, Е. Я- Бадинте-

16

ром, С. И. Балабаном и др.1, изготовляют с базой до 1 мм из высокоомных литых микропроводов сплава СМЛ на никелевой основе в сплошной стеклянной изоляции с диаметром жилы 2 4,2; 8,6 или 12,0 мкм. Сопротивление тензодатчиков в зависимости от диаметра жилы составляет для базы 1 мм 50—100 ом, для базы 2 мм 150—200 ом и для базы 3 мм 50—300 ом. Коэффициент тензочувствительности проволоки не зависит от наличия или отсут­ ствия стеклянной изоляции [8]. Коэффициент тензочувствительности датчиков при поперечном расположении выводных провод­ ников составляет 1,9—2,1 со среднеквадратичным разбросом в пар­ тии 2,5%, ползучесть при деформации 0,1% за 3,6 ксек (1 ч) со­ ставляет 0,2—2,0%. Температурный коэффициент сопротивления тензодатчиков, наклеенных на сталь клеем БФ-2, не превышает

± Ы 0 - 5 град . Рабочий диапазон температур 283—313° К

(10—40° С)Рй Подложку тензодатчика изготовляют из папиросной бумаги;

связующим служит клей БФ-2. Выводные проводники выполняют плоскими из медной луженой фольги. Для наклейки тензодатчи­ ков применяют клей БФ-2.

4. ФОЛЬГОВЫЕ ТЕНЗОДАТЧИКИ

Фольговые тензодатчики могут изготовляться с любой формой решетки и выпускаются трех основных типов: в виде одноэле­ ментного тензодатчика, розеток или тензодатчиков мембранного типа.

Отечественные тензодатчики

Характеристики малобазных фольговых тензодатчиков, выпу­ скаемых серийно ТЗММ [37], а также тензодатчиков, выпускаемых опытными партиями ЦНИИТМАШ [66], приведены в табл. 5.

Решетки тензодатчиков изготовляют из константановой фольги МНМц 40-1,5 толщиной от 4 до 10 мкм; подложкой служит пленка из лака ВЛ-4, ВЛ-5, ВЛ-6, ВЛ-931 (ВЛ-7) или ВЛ-9. Среднеква­ дратичный разброс коэффициента тензочувствительности датчи­ ков составляет 1,5%, ползучесть не превышает 0,3%. Тензодат­ чики применимы для измерения относительной деформации до ±0,3* 10“3*при рабочей температуре от 223 до 363° К (от —50 до +90° С). Тензодатчики наклеивают лаками ВЛ-4 или ВЛ-931.

В настоящее время в ЦНИИТМАШ отработана технология из­ готовления малобазных тензодатчиков с базой 1,8 и 2,4 мм из

1 Авторское свидетельство № 164999, Бюллетень изобретений и товарных знаков, 1964, We 17.

2 Диаметр микропровода по стеклянной изоляции превышает диаметр жилы в 2,7— 10,5 раз [8].

2 Д . Т. Анкудинов Г “ п у т г- 17

 

ФКНБ-10-100

10,0

1

1

1

100

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЗММ

ФКНБ-10-150

10,0

— 1

1

1

150

1

ФК-Ю-30

10,0

13,0

30

2,25

ФК-Ю-50

10,0

13,0

50

2,25

ЦНИИТМАШ

ФК-6-60

6,0

10,0

60

2,25

ФК-6-90

6,0

10,0

90

2,25

П р и м е ч а н и е .

Тензодатчики типа ФКПА-5-30, ФКПА-5-50, ФКПА-5-200 выпускаются также в виде прямоугольных

двухэлементных ФКРА

и ФКРБ и прямоугольных трехэлементных ФКРВ и Ф КРД розеток.

ю

о

СОZ

О .

а

е

БолдуннЛаймаГамнльтон

а

н

со

П

Оп

а

он

с

н

FA-06-12 FA-12-12 FAB-06-12 FAB-12-12 FAB-06-12

FАН-06-6-В FAH-12-6-B FAH-18-6-B FNH-06-12- В FNH-12-12-B FNH-18-12-B

Зарубежные малобазные фольговые тензодатчики

Конструктивные

 

 

 

 

 

 

параметры

решетки

 

 

 

 

 

 

 

в мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

а

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

Конструктивное исполнение

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

•оCL

к с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СО

 

 

 

хх<-

 

СО

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

а

I а

 

 

 

 

 

 

 

а _

 

о.

 

 

 

а

: н

 

J.

 

о

 

 

 

о.

и

 

2 ^

 

н

 

 

 

а

Л-3*

 

^ н

 

СО

£

 

 

 

 

X о

2

 

 

 

 

 

о о

 

 

 

 

 

1.52

2.54

1,02

5.08

120

2,1

Константан

Эпоксидная

смола

3.05

2.03

2.29

3.56

120

2,1

То

же

То же

смола

1.52

2.54

1,02

5.08

120

2,1

 

»

Бакелитовая

3.05

2.03

2.29

3.56

120

2,1

 

То же

 

1.52

2.03

1,02

5.08

120

2,1

 

»

Бумага

 

1.52

1.52

1.27

4,06

60

2,2

Константан

Временная подложка

3.05

3,05

2.54

8,12

60

2,2

То

же

То же

 

4.56

4,56

3.81

11.70

60

2,2

 

»

»

 

1.52

1.52

1.27

3,81

120

2^2

Нихром V

»

 

3.05

2,79

2.54

7,60

120

2,2

То же

 

4.56

3,81

3.81

11.70

120

2,2

 

»