PÓŁPRZEWODNIKOWE TENSJOMETRY

tensjometr bez podstawki tensjometr z podstawką
tensjometr bez podstawki tensjometr z podstawką

ZASADA DZIAŁANIA I PRODUKCJA

Półprzewodnikowy tensjometr działa na zasadzie zmiany jego oporu w przypadku mechanicznej deformacji. Poprzez mechaniczny wpływ zachodzi zmiana przewodnictwa elektrycznego w pewnej krystalograficznej osi monokryształów lub w dyfuzyjnej warstwie półprzewodnika. Zmiana oporu zależy od typu półprzewodnika i na stężeniu mieszanki.

Aktywna część (pasek z półprzewodnika) należy nakleić klejem na powierzchnię podlegającą deformacji. Przewody są metalowe. Półprzewodnikowe tensjometry charakteryzują się nieliniową zależnością oporu do deformacji. Na dokładność pomiaru wpływają inne czynniki (np. temperatura, wartość przechodzącego prądu). Dlatego stosuje się podłączenie do płyty z kompensującym elementem termicznym.

Najczęściej stosuje się podłączenie tensjometru do półmostka lub całego mostku Wheatstone, ponieważ podczas statycznych pomiarów kompensuje wpływ temperatury. Pomiar oporu elektrycznego jednego tensjometru można wykonywać w przypadkach, gdy nie jest potrzebna kompensacja wpływu temperatury. W przypadku stosowania pełnego mostka można uzyskać czterokrotnie większą czułość niż w przypadku użycia jednego tensjometra.


Półmostek Pełny mostek
Półmostek Pełny mostek

produkcja Półprzewodnikowe tensjometry są produkowane z krzemu w kształcie podłużnym z odpowiednią orientacją krystalograficzną podłużnej osi. Najczęściej są domieszkowane borem lub aluminium i wykazują przewodność typu P. Współczynnik czułości deformacyjnej w tych typach wynosi C1 = 130. Nie są zbyt odpowiednie do pomiarów są tensjometry z domieszką fosforu lub antymonu, które charakteryzują się przewodnością typu N oraz współczynnikiem czułości deformacyjnej wynosi około C1=-110.

Aktywna długość drążków tensjometrów między złotym złączami wynosi 1-10mm, szerokość 0,2-0,4mm a grubość 0,01-0,03mm. Omowy opór półprzewodnikowego tensjometru może wynosić 60-1000 omów. Teoretycznie można używać tensjometry w przedziale temperatur -70 do 300 ºC.

WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE

Półprzewodnikowe tensjometry mają następujące cechy w porównaniu z przeszłymi generacjami tensjometrów:

Półprzewodnikowe tensjometry są prawie wyłącznie używane w czujnikach wielkości mechanicznych oraz w najbardziej wydajnych urządzenia testowych oraz urządzeniach zabezpieczających maszyn. Czujniki te umożliwiają dokładną reakcję mechanizmów na mechaniczne zmiany i są bardzo tanie.

Mogą służyć do eksperymentalnej analizy sprawdzającej wielkość i przebieg odkształcania konstrukcji budowlanych lub maszynowych. Pomagają odkrywać słabe i nieprawidłowe miejsca konstrukcji, co umożliwia wykluczyć awarie i oszczędzić materiał.

Zazwyczaj używane są w czujnikach ciągu, ciśnienia, momentu obrotowego, wyginania, przyspieszenia, ważenia i innych zastosowaniach.

ZALETY EKONOMICZNE

KALIBRACJA I OKRES UŻYTKOWANIA

Tensjometry są testowane wg ścisłej amerykańskiej normy NAS 942. Każdy wyprodukowany tensjometr jest nalepiany na próbny nośnik i jest testowany poprzez stopniową deformację w zakresie ±2.5x10-3 [m/m], gdy jest mierzony opór elektryczny. Tensjometry z uszkodzoną strukturą części aktywnej zostaną eliminowane przez deformację +2.5x10-3 [m/m]. Tensjometry nieuszkodzone podczas testu zostaną zdjęte z próbnego nośnika i zostanie zmierzona ich zależność oporu od temperatury. Ze zależności oporu do deformacji zostanie komputerowo wyliczony wzór deformacyjny. Zależność czułości deformacji od temperatury jest określana dla każdego typu oraz statystycznie kontrolowana. Poprzez zmierzenie każdego tensjometra i wybór odpowiednich sztuk osiągamy minimalną tolerancję.

Okres żywotności tensjometrów jest wyższa niż w przypadku poprzednich generacji metalowych tensjometrów. Laboratorium badawcze i testowe branży lotniczej w Pradze wykorzystało nasze krzemowe tensjometry do dokładnych testów trwałości zmęczeniowej łopat wirników turbin i sprężarek - z nich pochodzi poniższa krzywa.

krzywa

Krzywa zmęczenia materiału tensjometrów krzemowych przy poddawaniu działaniu zmiennej deformacji symetrycznej
Tensjometry były naklejone na łopatkach z nierdzewnej stali martenzytycznej Nimonic 95 klejem PT-5, utwardzonym 210°C/2 godziny. Łopaty podczas testu wibrowały własną częstotliwością 1.5 kHz do 6 kHz a ich deformacja podczas testów była ustawiona i kontrolowana wg sygnału tensjometrów. Test był zawsze zatrzymany z powodu usterki łopaty. Tensjometry nie zostały uszkodzone.

ROZKŁAD I ROZMIARY

Tensjometr składa się z paska monokrystalicznego krzemu z podłączonymi złotymi kontaktami o średnicy 0,07 mm. Pasek krzemu jest samonośny i nie ma potrzeby zakładania nośnej podkładki, która jest niezbędna w przypadku tensjometrów drucianych i foliowych. Pasek jest izolowany elektrycznie od mierzonego obiektu warstwą stwardniałego kleju o grubości 0,03 mm, która jest utworzona przed nalepieniem tensjometru.

W tabeli segregacja ustawienia tensjometrów A.../SP, B.../SP, A.../BP, B.../BP:

  A… B...
…/BP
…/SP

OZNACZENIE TENSJOMETRÓW

Oznaczenie tensjometrów

TOLERANCJA TENSJOMETRÓW

Na magazynie posiadamy tensjometry typu P (pozytywne) o długościach 1,5 mm, 3 mm i 6 mm o współczynniku czułości deformacji C1 = 120-150 oraz z oporami 120, 350 i 1000 omów. Produkujemy również tensjometry z parametrami na żądanie klienta.

Półprzewodnikowe tensjometry dostarczamy we dwóch klasach tolerancji, określanych przez gwarancję tolerancji ich cech. Do dynamicznych pomiarów i stałych temperatur odpowiednie są tensjometry oznaczone jako N-sort a do statycznych pomiarów, do czujników oraz zmiennych temperatur bardziej odpowiednie są tensjometry o oznaczeniu T-sort.


  Tolerancja w zestawie (maks. 8 sztuk) Tolerancja typu
  N-sort T-sort N-sort T-sort
R0 - Opór wolnego tensjometra ± 0.4% ± 0.25% ± 5% ± 3%
RB - Opór wolnego tensjometra na podkładce ± 1% ± 0.50% ± 10% ± 5%
C1 - (współczynnik K) ± 2% ± 2% ± 5% ± 5%
C2 ± 8% ± 8% umowna umowna
α - Współczynnik temperatury ------- ± 0.02%/°C ------- umowna
Maksymalna pozytywna deformacja 0.3% 0.3% 0.3% 0.3%