До Нового 2019 года:
Тензометрическое измерение деформации предполагает использование тензорезисторов, которые выполняют роль чувствительного элемента в любом тензодатчике. Принцип их работы вне зависимости от типа — изменение сопротивления при возникновении деформации. Поскольку сопротивление при этом меняется совсем незначительно, тензорезисторы подключают по мостовой схеме в качестве одного из плеч моста. Такая схема подключения реагирует даже на совсем незначительные изменения. Кроме того, выходной сигнал можно усилить для дальнейшего преобразования в цифровую форму.
Большинство тензорезисторов принадлежат к одному из трех типов: проволочные, фольговые и полупроводниковые. Также можно выделить жидкометаллические и высокотемпературные датчики.
Проволочные тензорезисторы — пионеры тензометрии. Первые тензометры представляли собой тонкую проволоку, которую натягивали на несущую рамку. Такая конструкция могла использоваться многократно, однако была достаточно громоздкой и неудобной. В 1937 году появились первые проволочные приклеиваемые тензорезисторы.
Такие тензорезисторы нельзя снять и установить повторно, а их характеристики определяются косвенно по характеристикам случайных датчиков из большой партии. Конструктивно это прямоугольная плоская проволочная обмотка, у конца припаяны медные выводы. Проволочная обмотка с помощью клея крепится на тонкой подложке.
Чтобы деформации наклеенной проволоки точно повторяли деформации детали, она должна быть очень тонкой, поэтому обычно применяют проволоку диаметром всего 0,02...0,05 мм. Чувствительность проволочных тензорезисторов почти одинакова на растяжение и сжатие.
Фольговые тензорезисторы по своей сути являются дальнейшим развитием проволочных. Их изготавливаются из тонкой фольги методом фотолитографии. Поскольку толщины фольги очень небольшая (меньше 0,004 мм), ее легко повредить, поэтому материал изначально наклеивают на гибкую подложку. Основные преимущества, перед проволочными:
более точная передача деформации;
более высокая стабильность и надежность измерений;
автоматизация производства;
меньшая чувствительность к поперечной деформации;
возможность получать резисторы любой формы и размеров.
Эти преимущества столь значительны, что фольговые резисторы практически вытеснили проволочные, а по сути стали их логическим продолжением.
Полупроводниковые датчики начали серийно выпускать в середине прошлого века. Сопротивление кремния более чем в сто раз превышает сопротивление материала, который применяется в фольговых датчиках. Поэтому в полупроводниковых датчиках нет необходимости применять конфигурацию решетки.
Полупроводниковый тензорезистор представляет собой сверхтонкую пластинку из кремния или другого материала, обладающего схожими свойствами, которые помещаются на гибкую подложку. Их применение вместо металлических аналогов позволяет многократно повысить чувствительность и величину выходного сигнала. Вследствие этого отпадает необходимость использовать усилители, а конструкция датчика существенно упрощается.
Помимо перечисленных тензорезисторов существуют также датчики, стоящие от остальных немного особняком.
Жидкометаллические тензодатчики используются для измерения сверхбольших деформаций, поскольку фольговые тензорезисторы обладают предельной деформаций только лишь около 5%. Эти датчики состоят из трубки, наполненной жидким металлом или сплавом, например, ртутью. При определенных достоинствах, обладают существенным недостатком — отсутствие линейного отклика на деформацию.
Высокотемпературные тензорезисторы отдаленно похожи на проволочные, однако закрепляются с помощью жаростойкого цемента в специальной трубке. Предназначены для работы при температурах до 800° С.
Оба типа датчиков применяются для специальных целей и широко не распространены.
