Тензорезисторні датчики стали необхідними компонентами в сучасних вимірювальних системах, здатними точно вимірювати різноманітні фізичні величини, такі як сила, тиск, деформація, швидкість та вібрація. Визначаються вони високою точністю вимірювань, проте їх ефективність може бути піддана впливу ряду додаткових похибок.
Принцип роботи тензорезисторних датчиків ґрунтується на використанні ефекту зміни електричного опору тензорезисторів під впливом механічних напружень на тіло. Тензорезистори, виготовлені з матеріалів із високою питомою електричною провідністю, таких як мідь, алюміній або нікель.
За допомогою тензорезисторних датчиків можна вимірювати такі фізичні величини як: силу, тиск, деформацію, швидкість та вібрацію. Досягнення високого рівня точності є важливим параметром для тензорезисторних датчиків, що визначає їхню ефективність у різних вимірювальних задачах. За результатами випробувань, тензорезисторні датчики демонструють вражаючі показники точності вимірювань.
Наприклад, тензорезисторні датчики сили мають точність, в межах 0,1%, що робить їх ефективними для вимірювання силових величин. У той же час, тензорезисторні датчики тиску демонструють неймовірну точність на рівні 0,01%, що робить їх особливо ефективними у вимірюванні тископодібних параметрів.
Ці показники точності роблять тензорезисторні датчики невід'ємною частиною сучасних вимірювальних систем, забезпечуючи високу надійність у вимірюваннях фізичних величин. Такий високий рівень точності розкриває їх потенціал у застосуванні в різних сферах, де вимагається велика точність та надійність вимірювань.
Для забезпечення ефективності та надійності, тензорезисторні датчики повинні експлуатуватися в нормальних умовах, таких як:
– Забезпечення сталої температури є ключовим аспектом для точності тензорезисторних датчиків. Великі коливання температури можуть впливати на їхню характеристику та призводити до збоїв у вимірюваннях. Тому важливо, щоб датчики експлуатувалися в умовах, де температура залишається стабільною.
– Механічні впливи, такі як удари чи вібрації, можуть спричиняти неправильне функціонування тензорезисторних датчиків та викликати появу додаткових похибок у вимірюваннях. Для забезпечення оптимальної роботи важливо уникати механічних впливів на датчики.
– Деякі хімічні речовини чи агресивні середовища можуть мати негативний вплив на матеріали, з яких виготовлені тензорезистори. Тому, умови експлуатації повинні виключати присутність таких факторів, які можуть спотворити результати вимірювань.
На додаток до вищезазначених нормальних умов, слід зазначити, що використання тензорезисторних датчиків у вологих або агресивних середовищах може вимагати застосування захисних оболонок або покриття для забезпечення тривалої та надійної роботи. Також, ретельний моніторинг та обслуговування датчиків може допомогти у підтриманні їх оптимальної функціональності протягом тривалого періоду експлуатації.
Похибки тензорезисторних датчиків представлені різними аспектами, які можна умовно поділити на кілька категорій:
– Систематичні. Ці похибки виникають внаслідок недоліків у конструкції датчика або його неправильної експлуатації. Вони можуть бути обумовлені недостатньою точністю виготовлення чи виникненням технічних проблем під час використання.
– Випадкові. Ця категорія похибок виникає в результаті випадкових факторів, таких як шуми чи вібрація. Їх важко передбачити і контролювати, але їхній вплив може бути зменшений за допомогою деяких корекційних методів.
– Додаткові похибки. Ці похибки виникають внаслідок додаткових чинників, таких як температурні впливи, механічні напруження та вплив інших факторів середовища. Наприклад, температурна погрішність може викликати значні втрати у точності вимірювань, призводячи до зниження загальної точності датчика.
Важливо враховувати додаткові похибки, оскільки вони можуть суттєво вплинути на точність вимірювання. Наприклад, температурна похибка тензорезисторного датчика сили у розмірі 0,1% може призвести до загальної похибки вимірювань на рівні 0,2%. Управління та корекція цих додаткових похибок є важливим завданням для забезпечення надійності та точності вимірювань тензорезисторних датчиків.
Засоби коригування додаткових похибок тензорезисторних датчиків включають в себе ряд методів, спрямованих на забезпечення точних та надійних вимірювань. Серед них:
– Температурна компенсація. Цей метод передбачає використання передових технологій та матеріалів, які мінімізують вплив коливань температури на тензорезистори. Шляхом інтеграції компонентів, що компенсують температурні зміни, до датчика досягається зменшення відхилень вимірювань в умовах змінюючихся температурних умов.
– Механічна стабілізація. Цей метод передбачає використання механізмів, які запобігають деформації тензорезисторів під впливом зовнішніх сил. Застосування стабілізуючих елементів або конструкцій дозволяє зберегти стабілізацію датчика під впливом різних механічних факторів.
– Розширене калібрування. Цей метод включає в себе детальне вивчення можливих додаткових факторів, що можуть впливати на роботу датчика. Під час процесу калібрування враховуються неконтрольовані впливи, що дозволяє створити корекційні механізми та підвищити точність вимірювань.
Використання цих методів спрямоване на досягнення оптимальної ефективності та надійності тензорезисторних датчиків у різноманітних умовах експлуатації. Значення зменшення додаткових похибок в тензорезисторних датчиках є важливим фактором для підвищення їхньої точності та надійності.
Продовження розробки нових технологій та методів, спрямованих на зменшення додаткових похибок, залишається актуальним завданням для науково-дослідницької галузі.
Перелік посилань
1. Чернишова, Л.С. Методи обробки сигналу для підвищення точності вимірювань тензорезисторних датчиків. Вимірювальна техніка та метрологія, 2020, 37 (4) c., 32-41 c.
2. Тензодатчики. ZEMIC USA inc., 2013. 122 с.
3. Структурні методи підвищення точності вимірювальних пристроїв. Київ: «Вища школа», 1976. 266 с.
4. Лисенко, І.С. Калібрування тензорезисторних датчиків: принципи та методи. Сучасні вимірювальні технології, 2019. 18 (2) c., 45-58 c.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter