Чтобы точно фиксировать механическое воздействие на поверхность, используют элементы, меняющие электрические параметры под нагрузкой. Чувствительный слой деформируется, что приводит к сдвигу показаний в цепи. Чем выше механическое воздействие, тем сильнее отклонение.
Основой служит мембрана или гибкая подложка с напыленным проводящим материалом. При сжатии дорожки растягиваются или сжимаются, что влияет на проводимость. Для точной калибровки применяют мостовую схему, компенсирующую температурные колебания.
Такие системы встречаются в промышленных установках, медицинских приборах и автомобильных системах. Например, в тормозных магистралях они помогают контролировать усилие, а в аппаратах ИВЛ – регулировать подачу воздуха. Главное преимущество – устойчивость к перегрузкам и простота конструкции.
При выборе учитывайте диапазон измерений – от 0,1 до 1000 бар в зависимости от модели. Для агрессивных сред подойдут варианты с защитным покрытием из нержавеющей стали или керамики. Погрешность обычно не превышает 0,5% от шкалы.
Как функционирует и где используется тензометрический преобразователь
Механизм действия
Тензоэлемент фиксирует деформацию мембраны, вызванную внешним воздействием. Изменение формы чувствительного элемента приводит к колебанию сопротивления встроенных тензорезисторов. Величина отклонения пропорциональна приложенной силе.
- Чувствительная мембрана изготавливается из кремния, металла или керамики
- Типичный диапазон измерений: от 0.1 до 1000 бар
- Погрешность современных моделей не превышает 0.1% от шкалы
Сферы эксплуатации
- Промышленные системы
- Контроль гидравлических контуров
- Мониторинг давления в трубопроводах
- Медицинское оборудование
- Аппараты ИВЛ
- Системы анализа кровотока
- Автомобильная электроника
- Диагностика топливной системы
- Контроль давления в шинах
Для продления срока службы выбирайте модели с защитой от перегрузок и коррозионностойким корпусом. В агрессивных средах применяйте разделители мембран с керамическим покрытием.
Конструкция и факторы точности чувствительного элемента
Чувствительный компонент состоит из мембраны с напыленным или наклеенным тензорезистором. При деформации изменяется сопротивление, пропорциональное нагрузке. Основные элементы:
- Мембрана (сталь, кремний, керамика)
- Тензорезисторы (фольга, полупроводник, композит)
- Контактные площадки
- Защитный корпус
Ключевые параметры, влияющие на погрешность
| Фактор | Допустимый диапазон | Влияние на точность |
|---|---|---|
| Толщина мембраны | 0.05–0.5 мм | ±0.25% на 0.01 мм отклонения |
| Температурный дрейф | -40…+125°C | ±0.1% FS/°C без компенсации |
| Крепление тензорезистора | – | Отслоение увеличивает погрешность в 3–5 раз |
Рекомендации по выбору
Для измерений с погрешностью ниже 0.1% FS:
- Используйте кремниевые мембраны с лазерной подгонкой резисторов
- Требуйте сертификат калибровки для диапазона рабочих температур
- Проверяйте наличие встроенного моста Уитстона
Области использования и выбор подходящих моделей
В промышленности такие устройства устанавливают в гидравлических системах, компрессорах и котлах для контроля нагрузок. В автомобилях их применяют в топливных магистралях и системах кондиционирования. Медицинское оборудование, например, аппараты ИВЛ, также оснащают чувствительными элементами этого типа.
Для точного подбора учитывайте три параметра: диапазон измерений, точность и условия эксплуатации. Если нужен замер до 10 бар с погрешностью 0,5%, подойдут модели серии X-200. Для агрессивных сред выбирайте корпус из нержавеющей стали с защитой IP67.
В системах с вибрацией или перепадами температуры используйте варианты с термокомпенсацией. Для пищевой промышленности берите модификации с сертификатом FDA. При подключении к микроконтроллерам проверяйте совместимость выходного сигнала: 4-20 мА или 0-5 В.
Срок службы зависит от материала мембраны: кремниевые версии служат 5-7 лет, металлические – до 10. Для кратковременных тестов подойдут бюджетные пленочные варианты, но при постоянной нагрузке они быстро выходят из строя.
Конструкция и ключевые факторы точности
Материалы и чувствительный элемент
Чувствительная мембрана из кремния или металлического сплава (например, нержавеющая сталь 17-4PH) определяет долговечность и диапазон измерений. Кремниевые варианты обеспечивают точность до ±0.1% при температурах от -40°C до +125°C, но требуют защиты от агрессивных сред. Для высоких нагрузок (свыше 100 бар) выбирайте конструкции с армированным корпусом из титана.
Влияние внешних условий
Температурная погрешность компенсируется встроенным терморезистором или цифровой калибровкой. Для минимизации вибрационных помех применяйте демпфирующие прокладки из фторопласта. В условиях повышенной влажности (свыше 85% RH) обязательна герметизация по стандарту IP68 с силиконовыми уплотнителями.
Критичные параметры:
- Толщина мембраны: 0.05–0.3 мм для диапазона 0.5–600 бар
- Допустимый перегруз: не более 150% от номинала
- Сопротивление изоляции: минимум 100 МОм при 500 В DC
