Датчики силы предназначены для измерения динамических усилий и могут быть использованы как самостоятельно, так и в сочетании с виброиспытательными системами и вибропреобразователями при динамических испытаниях различных конструкций и машинного оборудования. Из особенностей можно выделить прочную конструкцию и герметичный корпус, стабильность характеристик и надёжность в процессе эксплуатации и сочетание высоких значений осевой чувствительности, собственной частоты и ударной стойкости. Принцип действия основан на изменения сопротивления тензорезистора при приложении силы. Тензорезисторы предназначены для измерения деформаций деталей машин и конструкций и являются основой измерений в этой области. Тензорезисторы могут также измерять и преобразовывать разнообразные физические величины в электрические сигналы.
Тензорезистор, наклеенный на рабочее тело датчика, являющегося опорой для груза или прилагаемого усилия ), может измерить силу, направленную на эту опору, или вес, лежащего на ней груза.
Рассмотрим тензометрические весы, основанные на измерении стрелы прогиба центра балки лежащей на двух опорах .
Пусть стальная балка имеет сечение a = b = 1 см = 10-2м и длину l = 10 см =10-1 м, тогда стреле прогиба λ = 1 мм будет соответствовать усилие F = 8000 Н, что соответствует весу массы 800 кг. Относительная деформация тензорезистора наклеенного на нижнюю сторону балки будет составлять 0,006 и относительное изменение сопротивления 0,012. Для создания весов имеющих разрешающую способность 1 кг, необходимо регистрировать относительное изменение сопротивления до 10-5.
При измерении сопротивления тензорезистора используют мостовую (рис.161) или полумостовую схему подключения . В качестве сопротивлений R1 – R3 обычно используется такие же тензорезисторы, как и измерительные, только наклеенные на балку в поперечном направлении, нечувствительном к деформации. Это связано в первую очередь с высоким температурным коэффициентом сопротивления тензорезистора. В данном примере при изменении температуры на 1° относительное сопротивление изменится на 10-4, что соответствует ошибке в измерении веса 10 кг. При использовании в качестве R1 – R3 таких же тензорезисторов, находящихся в тех же условиях, что и измерительный тензорезистор, существенно упрощается термокомпенсация мостовой схемы.
Для этого необходимо использовать 6-проводную схему измерения. Одна пара проводов служит для питания моста, другая пара проводов служит для измерения подаваемого напряжения, третья пара – для измерения разности потенциалов в мостовой схеме.
При одноосевой деформации измеряется два сопротивление двух ортогональных тензорезисторов
Для измерения двухосевой деформации применяются четыре активных тензорезистора
Выход тензометрических мостовых схем представлен в единицах деформации (με) или в выходном напряжении (мВ/В или μВ/В) относительно напряжения питания моста.
Источник: http://www.e-ope.ee/_download/euni_repository/file/2393/Teooria.zip/_58.html