2.5 Датчики силы

Наибольшее распространение получили параметрические датчики силы с использованием тензорезисторов.

Тензорезистор (рис. 11) представляет собой решетку, изготовленную печатным способом или просто из тонкого проводника. При деформации тензорезистора под действием силы F в указанном направлении его длина увеличивается, площадь поперечного сечения уменьшается и, соответственно, растет его сопротивление. Строго говоря, тензорезистор служит преобразователем перемещений в диапазоне до нескольких десятков микрометров. По прямому назначению он используется при исследовании деформаций элементов различных механизмов и машин. Десятки и даже сотни тензорезисторов наклеиваются на эти элементы, в результате чего исследователь получает полную картину деформаций.

Датчик силы представляет собой упругий элемент, на который наклеены один или несколько тензорезисторов, электрическое сопротивление которых меняется пропорционально деформации упругого элемента и, следовательно, пропорционально приложенной к нему силе. Диапазон измерения зависит от размеров упругого элемента.

Для измерения силы применяются также датчики, использующие пьезоэлектрический эффект. Этот эффект проявляется в поляризации диэлектрика, то есть появлении на его поверхностях электрических зарядов, под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэффект -- возникновение механических деформаций под действием электрического ПОЛЯ. Пьезоэлектрические датчики являются генераторными, однако выходным сигналом является не напряжение или ток, а электрический заряд. Обработка такого сигнала вторичным преобразователем обладает определенной спецификой. Пьезоэффект присущ некоторым кристаллическим веществам (прежде всего кварцу), а также специально разработанным пленочным материалам. Поскольку непосредственной причиной пьезоэффекта является деформация материала, пьезодатчик силы, как и тензодатчик, представляет собой упругий элемент, на котором размещен пьезопреобразователь.