Термокомпенсация тензорезисторов

Если тензорезистор установлен на поверхность объекта измерения (упругого элемента), на который не воздействуют никакие внешние нагрузки, но при этом меняется температура окружающей среды, то сопротивление тензорезистора соответственно тоже будет меняться. Это явление называется температурным приращением сопротивления тензорезистора. Данное приращение зависит от температурного коэффициента сопротивления материала чувствительного элемента (фольговой решетки) тензорезистора и разности температурных коэффициентов расширения материала чувствительного элемента и объекта, на который он установлен. Температурную характеристику тензорезистора можно записать в следующем виде: εt = [(α g/K) + (βs-β g)] t, где αg и βg — коэффициенты температуры сопротивления материала решетки и температурного расширения материала тензорезистора соответственно; К — чувствительность; βs — коэффициент температурного расширения материала объекта измерения; t — относительное изменение температуры.

Температурная характеристика сопротивления тензорезисторов в общем виде представлена на рисунке 1. На ней показан наибольший источник погрешности при тензоизмерениях в статическом режиме. С увеличением степени влияния температуры, разброс температурных приращений также будет возрастать.

При наличии температурных градиентов или мгновенных изменений температуры в процессе измерения, погрешность будет еще большей. Поэтому идеальной принимается ситуация, когда значение температурного приращения сопротивления тензорезистора близко нулю. Тензорезисторы, соответствующие данному требованию, называют термокомпенсированными.

Регулируя соотношение элементов сплава материала решетки тензорезистора, изменяя степень обжатия фольги при прокатке и обеспечивая необходимый режим термообработки, можно влиять на форму кристаллической решетки материала чувствительной решетки, и соответственно изменять его температурный коэффициент сопротивления. Таким образом, достигается условие приближения к нулю значения температурного приращения сопротивления тензорезистора и, соответственно, обеспечивается термокомпенсация для материала объекта измерения (упругого элемента), что, в конечном итоге, позволяет обеспечить высокую точность измерения деформации в целом и измерительного преобразователя в частности. На рис. 2 представлен типичный вид кривой температурного приращения сопротивления тензорезисторов с термокомпенсацией для сплавов константан и карма. В диапазоне +20 ~~ +250°C, их температурное приращение сопротивления является незначительным.

Рис. 2 Типичный вид кривой теплового приращения сопротивления тензорезисторов с термокомпенсацией для сплавов константан и карма.

Последовательность выбора:

  1. В настоящее время компания ZEMIC предлагает термокомпенсированные тензорезисторы с такими коэффициентами : 9, 11, 16, 23, 27. Где «9» используется для сплавов титана (типичная величина коэффициента линейного расширения — 8.8 x 10-6/°C); «11» — для легированной стали, нержавеющей мартенситовой стали инержавеющей стали с электролитическим покрытием (типичная величина — 11.3 x 10-6/°C); «16» используется для аустенитной нержавеющей стали и материала, основанного на меди (типичная величина — 16 x 10-6/°C); «23» — для материалов из сплава алюминия (типичная величина — 23.2 x 10-6/°C); «27» используется для сплавов магния (типичная величина — 26.1 x 10-6/°C).
  2. В случаях, когда тензорезисторы с функцией термокомпенсации подобраны в соответствии с материалом объекта испытаний, то необходимость в компенсации температурного приращения сопротивления тензорезистора в пределах диапазона термокомпенсации отпадает.
  3. В случаях, когда материал объекта испытаний не соответствует коэффициенту термокомпенсации выбранного тензорезистора, то существует необходимость использования двух или четырех тензорезисторов с их соединением в полумостовую либо полномостовую схему измерения с целью минимизации степения влияния температуры.

Оформить заказ