Ýêçàìåí ÏÌèÎÊÏ
Êîâàëåâ Àðò¼ì, ÈÓ3-32Á
Ñîäåðæàíèå
1 Òåðìîðåçèñòîðû 3
1.1 Îïðåäåëåíèå, ïðèíöèï ðàáîòû è êëàññèôèêàöèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Ïðèìåíåíèå è ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Êàëèáðîâêà è ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Ëèíåàðèçàöèÿ õàðàêòåðèñòèêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Òåðìîìåòðû ñîïðîòèâëåíèÿ 5
2.1 Îïðåäåëåíèå, ïðèíöèï ðàáîòû è êëàññèôèêàöèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò è åãî ñâÿçü ñ êëàññèôèêàöèåé . . . . . . . . . 5
2.3 Êàëèáðîâî÷íûå òàáëèöû è ñòàíäàðòû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.4 Êàëèáðîâî÷íûå êðèâûå è óðàâíåíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.5 Ïîãðåøíîñòè è áîðüáà ñ íèìè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.6 Ïðèìåíåíèå â ñõåìàõ è îñîáåííîñòè KTY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.7 Äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 KTY 7
3.1 Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè è ñòàíäàðòû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2 Ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå è êàëèáðîâî÷íûå êðèâûå . . . . . . . . . . . . . . 7
3.3 Ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ è ñïîñîáû áîðüáû ñ íèìè . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.4 Ëèíåàðèçàöèÿ õàðàêòåðèñòèêè â ìîñòîâîé ñõåìå Óèòñòîíà . . . . . . . . . . . 8
4 Òåðìîïàðà 8
4.1 ×åòûðå çàêîíà òåðìîýëåêòðè÷åñòâà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.2 Êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè è êëàññèôèêàöèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.3 Ñòàíäàðòû è òèïû òåðìîïàð . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.4 Ïðîáëåìà õîëîäíîãî ñïàÿ è ìåòîäû êîððåêöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5 Èíäóêòèâíûå äàò÷èêè ëèíåéíîãî ïåðåìåùåíèÿ 10
5.1 Îïðåäåëåíèå, ïðèíöèï äåéñòâèÿ è êëàññèôèêàöèÿ . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.2 Îäèíàðíûå äàò÷èêè: êîíñòðóêöèÿ è õàðàêòåðèñòèêè . . . . . . . . . . . . . . 10
5.3 Äèôôåðåíöèàëüíûå äàò÷èêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.4 Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà â îòíîñèòåëüíîì äâèæåíèè . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.5 Ðàñ÷åò äèàìåòðà âàëà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.6 Êîíñòðóêòèâíûå ýëåìåíòû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
6 ìêîñòíûå äàò÷èêè ëèíåéíîãî ïåðåìåùåíèÿ 12
6.1 Îïðåäåëåíèå è êëàññèôèêàöèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
6.2 Îäèíàðíûå åìêîñòíûå äàò÷èêè: êîíñòðóêöèÿ è õàðàêòåðèñòèêè . . . . . . . 12
6.3 Äèôôåðåíöèàëüíûå åìêîñòíûå äàò÷èêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
6.4 Ñõåìà âêëþ÷åíèÿ è ðàáî÷àÿ õàðàêòåðèñòèêà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
6.5 Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà è ïîíÿòèå íóëåâîé òî÷êè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
7 Äàò÷èêè, ðàáîòàþùèå ïî ïðèíöèïó óïðóãîé äåôîðìàöèè 14
7.1 Îñíîâíûå âèäû ÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
7.2 Óïðóãèé ãèñòåðåçèñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.3 Ñïîñîáû ýëåêòðè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëà . . . . . . . . . . . . . . . . 15
7.4 Îñíîâíûå âèäû èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
7.5 Ñðàâíèòåëüíàÿ òàáëèöà äàò÷èêîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1
8 Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå äàò÷èêè äàâëåíèÿ 17
8.1 Ôèçè÷åñêèå îñíîâû ðàáîòû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
8.2 Êîíñòðóêöèÿ è ñïîñîáû èçìåðèòåëüíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ . . . . . . . . . . . . 17
8.3 Èçìåðÿåìûå âèäû äàâëåíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
8.4 Ìàòåðèàëû è ñõåìû âêëþ÷åíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
9 Òåíçîðåçèñòîðû 18
9.1 Ïðèíöèï ðàáîòû è âèäû êîíñòðóêöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
9.2 Ñïîñîáû èçìåðèòåëüíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
9.3 Ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû âêëþ÷åíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
9.4 Ñðàâíåíèå ÷óâñòâèòåëüíîñòè è ñòàáèëüíîñòè ñõåì . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2
1 Òåðìîðåçèñòîðû
1.1 Îïðåäåëåíèå, ïðèíöèï ðàáîòû è êëàññèôèêàöèÿ
Òåðìîðåçèñòîðû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû, êëþ÷åâîé îñîáåí-
íîñòüþ êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ çàâèñèìîñòü èõ ýëåêòðè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû.
Ïåðâûé ðàáî÷èé ïðîòîòèï äàííîãî óñòðîéñòâà áûë ñîçäàí àìåðèêàíñêèì èíæåíåðîì Ñà-
ìóýëåì Ðóáåíîì, îñíîâàòåëåì êîìïàíèè Duracell.
Âàæíåéøåé õàðàêòåðèñòèêîé ýòèõ ïðèáîðîâ ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò
ñîïðîòèâëåíèÿ, êîòîðûé äåìîíñòðèðóåò çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ ìàòåðèàëà îò èçìå-
íåíèÿ òåìïåðàòóðû. Äàííûé êîýôôèöèåíò ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå:
α =
1
R
·
dR
dT
(1)
Çíàê òåìïåðàòóðíîãî êîýôôèöèåíòà ëåæèò â îñíîâå êëàññèôèêàöèè òåðìîðåçèñòî-
ðîâ. Åñëè êîýôôèöèåíò áîëüøå íóëÿ, òàêèå äàò÷èêè îòíîñÿòñÿ ê òèïó
PTC
(Positive
Temperature Coecient), ÷òî îçíà÷àåò ðîñò ñîïðîòèâëåíèÿ ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòó-
ðû. Åñëè æå êîýôôèöèåíò ìåíüøå íóëÿ, ïðèáîð êëàññèôèöèðóåòñÿ êàê
NTC
(Negative
Temperature Coecient), è åãî ñîïðîòèâëåíèå ïàäàåò ïðè íàãðåâå.
1.2 Ïðèìåíåíèå è ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ
Îñíîâíàÿ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ òåðìîðåçèñòîðîâ èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå äàò÷èêîâ
òåìïåðàòóðû. Îäíàêî îíè íàõîäÿò ïðèìåíåíèå è â äðóãèõ ýëåêòðè÷åñêèõ ñõåìàõ. Íàïðè-
ìåð, èõ èñïîëüçóþò äëÿ ñòàáèëèçàöèè âõîäíîãî òîêà (â ôèëüòðàõ äëÿ ñãëàæèâàíèÿ ïèêîâ
îò êîíäåíñàòîðà) èëè êàê ñòàáèëèçàòîðû ñîïðîòèâëåíèÿ öåïè, êîìïåíñèðóþùèå íàãðåâ
äðóãèõ ðåçèñòîðîâ. Ê äîñòîèíñòâàì òåðìîðåçèñòîðîâ îòíîñÿò èõ íèçêóþ ñòîèìîñòü, à ê
íåäîñòàòêàì íåëèíåéíîñòü õàðàêòåðèñòèêè è äåãðàäàöèþ ñî âðåìåíåì.
Ïðè èçìåðåíèè òåìïåðàòóðû âîçíèêàþò ïîãðåøíîñòè, ñâÿçàííûå ñî ñïîñîáàìè ïåðå-
äà÷è òåïëà. Ñóùåñòâóåò òðè ìåõàíèçìà: êîíâåêöèÿ, èçëó÷åíèå è òåïëîïðîâîäíîñòü. Õîòÿ
îäèí ñïîñîá îáû÷íî ïðåîáëàäàåò, îñòàëüíûå òàêæå âíîñÿò âêëàä, ÷àñòî ¾äîãðåâàÿ¿ òåð-
ìèñòîð äî òåìïåðàòóðû, ïðåâûøàþùåé òåìïåðàòóðó èçìåðÿåìîãî îáúåêòà. Êðîìå òîãî,
ñóùåñòâóåò ïîãðåøíîñòü îò ñàìîíàãðåâà, âîçíèêàþùàÿ èç-çà ïðîòåêàíèÿ òîêà ÷åðåç ïðè-
áîð ñîãëàñíî çàêîíó Äæîóëÿ-Ëåíöà. Äëÿ áîðüáû ñ ýòèì ÿâëåíèåì ïðè ïðîåêòèðîâàíèè
îãðàíè÷èâàþò ðàáî÷èé òîê äèàïàçîíîì îò 1 äî 10 ìÀ.
1.3 Êàëèáðîâêà è ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè
Äëÿ NTC òåðìèñòîðîâ ïðèíÿòî ïîíÿòèå îïîðíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, êîòîðîå îïðåäåëÿåò-
ñÿ ïðè îïîðíîé òåìïåðàòóðå
25
◦
C. Èçíà÷àëüíî äëÿ îïèñàíèÿ õàðàêòåðèñòèêè èñïîëüçîâà-
ëèñü êàëèáðîâî÷íûå òàáëèöû. Ýòî íàáîð äàííûõ, êîòîðûé ñíèìàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëåì ïðè
ñòðîãî îïðåäåë¼ííûõ óñëîâèÿõ. Ãëàâíûì óñëîâèåì ÿâëÿåòñÿ èçìåðåíèå îïîðíîãî ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ ïðè òåìïåðàòóðå
25
◦
C (ñòàíäàðò äëÿ NTC òåðìèñòîðîâ). Íà îñíîâå ýòîé òàáëèöû,
êîòîðàÿ ñ÷èòàåòñÿ íåèçìåííîé îò ýêçåìïëÿðà ê ýêçåìïëÿðó è îò ãîäà ê ãîäó, ñòðîèòñÿ
ìîäåëüíûé ðÿä òåðìèñòîðîâ. Òàê êàê òåðìèñòîðû ïîäâåðæåíû äåãðàäàöèè, ñî âðåìåíåì
çàâîäñêàÿ òàáëèöà òåðÿåò ñâîþ àêòóàëüíîñòü, è ïðèáîðû òðåáóþò ïåðåêàëèáðîâêè. Èìåííî
ïîýòîìó âîçíèêëà íåîáõîäèìîñòü àïïðîêñèìèðîâàòü õàðàêòåðèñòèêó ñ ïîìîùüþ ìàòåìà-
òè÷åñêèõ óðàâíåíèé.
Äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ çàâèñèìîñòè ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû ïðèìåíÿ-
þòñÿ ðàçëè÷íûå óðàâíåíèÿ. Ïåðâûì ïîÿâèëîñü
óðàâíåíèå ñ áåòà-êîýôôèöèåíòîì
:
3
R = R
0
· e
β
1
T
−
1
T
0
(2)
Êîýôôèöèåíò
β
õàðàêòåðèçóåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü è ïðèíèìàåòñÿ óñðåäíåííûì äëÿ âñå-
ãî äèàïàçîíà, õîòÿ ôàêòè÷åñêè îí çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Ýòî îãðàíè÷èâàåò ïðèìåíè-
ìîñòü óðàâíåíèÿ äèàïàçîíîì îò
25
◦
C äî
100
◦
C.
Áîëåå òî÷íûì ÿâëÿåòñÿ
óðàâíåíèå Ñòåéíõàðòà-Õàðòà
, ïðåäñòàâëÿþùåå ñîáîé ðàç-
ëîæåíèå îáðàòíîé òåìïåðàòóðû â áåñêîíå÷íûé ðÿä.  ñîêðàùåííîé ôîðìå îíî èñïîëüçóåò
òðè êîýôôèöèåíòà (
A, B, C
):
1
T
= A + B ln(R) + C(ln(R))
3
(3)
Êîýôôèöèåíòû íàõîäÿòñÿ ïóòåì ðåøåíèÿ ñèñòåìû óðàâíåíèé â ìàòðè÷íîé ôîðìå äëÿ
òðåõ èçâåñòíûõ òåìïåðàòóðíûõ òî÷åê (íà÷àëüíîé, ñðåäíåé è êîíå÷íîé).
Ïîçäíåå Õîäæ óòî÷íèë, ÷òî èñêëþ÷åíèå êâàäðàòè÷íîãî ÷ëåíà ëîãàðèôìà áûëî îøèá-
êîé.
Ïåðâàÿ ôîðìà óðàâíåíèÿ Õîäæà
âêëþ÷àåò òðè ñëàãàåìûõ (äî êâàäðàòà ëîãà-
ðèôìà):
1
T
= A + B ln(R) + C(ln(R))
2
(4)
Âòîðàÿ ôîðìà óðàâíåíèÿ Õîäæà
ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå òî÷íîé è âêëþ÷àåò ÷åòûðå
ñëàãàåìûõ.
1
T
= A + B ln(R) + C(ln(R))
2
+ D(ln(R))
3
(5)
Íåäîñòàòêîì óðàâíåíèÿ ñ ÷åòûðüìÿ ñëàãàåìûìè ÿâëÿåòñÿ ñëîæíîñòü ïîäáîðà îïòè-
ìàëüíûõ òåìïåðàòóðíûõ òî÷åê êàëèáðîâêè äëÿ êîððåêòíîãî íàõîæäåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ.
1.4 Ëèíåàðèçàöèÿ õàðàêòåðèñòèêè
Ïîñêîëüêó õàðàêòåðèñòèêà NTC òåðìèñòîðîâ íåëèíåéíà, ïðèìåíÿþòñÿ ìåòîäû åå ëè-
íåàðèçàöèè (âûïðÿìëåíèÿ).
Ïåðâûé ñïîñîá çàêëþ÷àåòñÿ â ïàðàëëåëüíîì ïîäêëþ÷åíèè ê òåðìèñòîðó äîáàâî÷íî-
ãî ðåçèñòîðà
ñîïðîòèâëåíèÿ ëèíåàðèçàöèè
(
R
lin
). Åãî îïòèìàëüíàÿ âåëè÷èíà ðàñ-
ñ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå, èñïîëüçóþùåé çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé â òðåõ òåìïåðàòóðíûõ
òî÷êàõ (
R
1
, R
2
, R
3
):
R
lin
=
R
2
(R
1
+ R
3
) − 2R
1
R
3
R
1
+ R
3
− 2R
2
(6)
Èòîãîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà
R
îáù
îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé ïàðàëëåëüíîãî ñîåäèíåíèÿ. Åñ-
ëè
R
lin
ïîäîáðàíî îïòèìàëüíî, ãðàôèê çàâèñèìîñòè áëèçîê ê ïðÿìîé. Ïðè îòêëîíåíèè
âåëè÷èíû ðåçèñòîðà îò îïòèìóìà êðèâàÿ ïðèîáðåòàåò âûïóêëûé èëè âîãíóòûé âèä.
Âòîðîé ñïîñîá èñïîëüçîâàíèå
ìîñòîâîé ñõåìû Óèòñòîíà
.  ýòîì ñëó÷àå ñîïðîòèâ-
ëåíèå ëèíåàðèçàöèè âêëþ÷àåòñÿ â òó æå âåòâü, ÷òî è òåðìèñòîð. Áàëàíñèðîâêà ìîñòà (íó-
ëåâîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå) îáû÷íî ïðîèçâîäèòñÿ ïðè
0
◦
C. Äëÿ íàõîæäåíèÿ ïàðàìåòðîâ
ñõåìû
R
1
ïðèðàâíèâàþò ê
R
lin
, ÷òî ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü îñòàëüíûå ðåçèñòîðû. Èòîãîâîé
õàðàêòåðèñòèêîé ÿâëÿåòñÿ çàâèñèìîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ìîñòà îò òåìïåðàòóðû, êî-
òîðàÿ òàêæå èìååò âèä ïðÿìîé ëèíèè òîëüêî ïðè îïòèìàëüíîì ïîäáîðå ñîïðîòèâëåíèÿ
ëèíåàðèçàöèè.
4
2 Òåðìîìåòðû ñîïðîòèâëåíèÿ
2.1 Îïðåäåëåíèå, ïðèíöèï ðàáîòû è êëàññèôèêàöèÿ
Òåðìîìåòðû ñîïðîòèâëåíèÿ ýòî ðàäèîýëåêòðîííûå óñòðîéñòâà, ñîïðîòèâëåíèå êîòî-
ðûõ çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Èõ ïðèíöèï ðàáîòû îñíîâàí íà èçìåíåíèè ýëåêòðè÷åñêîãî
ñîïðîòèâëåíèÿ ìàòåðèàëà ïðè íàãðåâå èëè îõëàæäåíèè.
 îòëè÷èå îò òåðìèñòîðîâ, êîòîðûå èçãîòàâëèâàþòñÿ èç ïîëóïðîâîäíèêîâ, êëàññè÷å-
ñêèå òåðìîìåòðû ñîïðîòèâëåíèÿ èçãîòàâëèâàþòñÿ èç
ìåòàëëîâ
. Îñíîâíûå ìàòåðèàëû,
îáëàäàþùèå ÿâíî âûðàæåííûì òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì:
Ïëàòèíà;
Íèêåëü;
Ìåäü.
Îòäåëüíî âûäåëÿþòñÿ äàò÷èêè ñåðèè
KTY
ýòî êðåìíèåâûå ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðè-
áîðû, êîòîðûå, îäíàêî, èìåþò ïîëîæèòåëüíûé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò, ïîýòîìó èõ
òàêæå îòíîñÿò ê êëàññó òåðìîìåòðîâ ñîïðîòèâëåíèÿ.
2.2 Òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò è åãî ñâÿçü ñ êëàññèôèêàöèåé
Îñíîâíîé õàðàêòåðèñòèêîé ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ, êî-
òîðûé ïîêàçûâàåò çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû è ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîð-
ìóëå:
α =
1
R
·
dR
dT
(7)
Çíàê ýòîãî êîýôôèöèåíòà îïðåäåëÿåò êëàññèôèêàöèþ äàò÷èêà:
Åñëè
α > 0
, äàò÷èê îòíîñèòñÿ ê òèïó
PTC
(Positive Temperature Coecient) ñ
ðîñòîì òåìïåðàòóðû ñîïðîòèâëåíèå ðàñò¼ò.
Âñå òåðìîìåòðû ñîïðîòèâëåíèÿ
(è ìåòàëëû, è KTY) èìåþò ïîëîæèòåëüíûé êî-
ýôôèöèåíò (
α > 0
).
2.3 Êàëèáðîâî÷íûå òàáëèöû è ñòàíäàðòû
Èçíà÷àëüíî õàðàêòåðèñòèêà äàò÷èêà ìîæåò çàäàâàòüñÿ êàëèáðîâî÷íîé òàáëèöåé, êîòî-
ðóþ ñíèìàåò ïðîèçâîäèòåëü. Îäíàêî èñïîëüçîâàíèå òàáëèö íåóäîáíî, òàê êàê ñî âðåìåíåì
äàò÷èêè äåãðàäèðóþò, è òàáëè÷íûå äàííûå òåðÿþò àêòóàëüíîñòü, òðåáóÿ ïåðåêàëèáðîâêè.
Ïîýòîìó ïðåäïî÷òèòåëüíåå èñïîëüçîâàòü óðàâíåíèÿ.
Äëÿ óíèôèêàöèè èñïîëüçóåòñÿ ïîíÿòèå
îïîðíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ
ïðè îïðåäåëåííîé
îïîðíîé òåìïåðàòóðå
. Îò ýòîãî ñòðîèòñÿ ìîäåëüíûé ðÿä:
Pt100
: Ñòàíäàðò äëÿ ïëàòèíîâûõ äàò÷èêîâ. Îçíà÷àåò, ÷òî ïðè
0
◦
C ñîïðîòèâëåíèå
ñîñòàâëÿåò 100 Îì. Ïðèíàäëåæíîñòü ê ñòàíäàðòó PT100 âàæíåå êîíñòðóêòèâíîãî
èñïîëíåíèÿ (â ãèëüçå èëè áåç).
KTY (íàïðèìåð, KTY 2K)
: Äëÿ íèõ îïîðíîå ñîïðîòèâëåíèå ñîñòàâëÿåò 2 êÎì,
îáû÷íî ïðè
25
◦
C (àíàëîãè÷íî NTC-òåðìèñòîðàì).
5
2.4 Êàëèáðîâî÷íûå êðèâûå è óðàâíåíèÿ
Õàðàêòåðèñòèêà ìåòàëëè÷åñêèõ òåðìîìåòðîâ ñîïðîòèâëåíèÿ ñ÷èòàåòñÿ óäîáíîé, òàê
êàê îíà ëèíåéíàÿ (èëè áëèçêà ê íåé). Äëÿ å¼ îïèñàíèÿ èñïîëüçóþòñÿ äâà ïîäõîäà:
1.
Óðàâíåíèå ñ ìåäèàííûì çíà÷åíèåì (ëèíåéíîå ïðèáëèæåíèå).
Èñïîëüçó-
åò óñðåäíåííûé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò
α
. Îíî ïðèìåíèìî, êîãäà õàðàêòåðèñòèêó
ìîæíî ñ÷èòàòü ïðÿìîé.
2.
Óðàâíåíèå Êàëëåíäàðà-Âàí Äþçåíà.
Èñïîëüçóåòñÿ äëÿ áîëåå òî÷íîãî îïèñàíèÿ,
ó÷èòûâàþùåãî íåáîëüøóþ íåëèíåéíîñòü (îñîáåííî äëÿ äàò÷èêîâ KTY). Ôîðìóëà èìååò
âèä:
R(T ) = R
0
·
1 + A(T − T
0
) + B(T − T
0
)
2
(8)
ãäå
R
0
îïîðíîå ñîïðîòèâëåíèå, à
A
è
B
êîýôôèöèåíòû, çàâèñÿùèå îò ïàðàìåòðîâ
äàò÷èêà.
Îïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòîâ:
Äëÿ íàõîæäåíèÿ
A
è
B
ñîñòàâëÿþò ñèñòåìó óðàâíå-
íèé â ìàòðè÷íîé ôîðìå. Äëÿ ýòîãî áåðóò èçâåñòíûå òåìïåðàòóðû (íà÷àëüíóþ, êîíå÷íóþ),
èçìåðÿþò ïðè íèõ ñîïðîòèâëåíèå è ðåøàþò ïîëó÷åííóþ ñèñòåìó.
2.5 Ïîãðåøíîñòè è áîðüáà ñ íèìè
Âûäåëÿþò äâà îñíîâíûõ âèäà ïîãðåøíîñòåé:
1.
Ñàìîíàãðåâ.
Âîçíèêàåò èç-çà ïðîòåêàíèÿ òîêà ÷åðåç äàò÷èê (
Q ∼ I
2
R
). Äëÿ òåðìî-
ìåòðîâ ñîïðîòèâëåíèÿ ýòî áîëåå êðèòè÷íî, ÷åì äëÿ òåðìèñòîðîâ, òàê êàê ìåòàëëû
ñèëüíåå íàãðåâàþòñÿ.
Ñïîñîá áîðüáû:
Îãðàíè÷åíèå ðàáî÷åãî òîêà äèàïàçîíîì
110
ìÀ
.
2.
Âëèÿíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäîâ (êîííåêòîðîâ).
Ñîïðîòèâëåíèå ïðîâîäîâ
òàêæå ðàñòåò ïðè íàãðåâå è âíîñèò îøèáêó.
Ñïîñîá áîðüáû:
Èñïîëüçîâàíèå
òð¼õ-
ïðîâîäíîé èëè ÷åòûð¼õïðîâîäíîé ñõåìû
ïîäêëþ÷åíèÿ. Èçìåðÿÿ ïàäåíèå íà-
ïðÿæåíèÿ ìåæäó ïðîâîäàìè, ìîæíî èñêëþ÷èòü ïàðàçèòíîå ñîïðîòèâëåíèå è âû÷èñ-
ëèòü èñòèííóþ òåìïåðàòóðó.
2.6 Ïðèìåíåíèå â ñõåìàõ è îñîáåííîñòè KTY
Äàò÷èêè KTY, áóäó÷è ïîëóïðîâîäíèêîâûìè, èìåþò äâà íåäîñòàòêà ïî ñðàâíåíèþ ñ ÷è-
ñòî ìåòàëëè÷åñêèìè: áîëüøàÿ íåëèíåéíîñòü è íèçêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü (ìàëîå èçìåíåíèå
ñîïðîòèâëåíèÿ ïðè áîëüøîì èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû). Ïî ýòîé ïðè÷èíå KTY äàò÷èêè
ïðàêòè÷åñêè âñåãäà èñïîëüçóþò â ñîñòàâå
ìîñòà Óèòñòîíà
. Ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ ìîñòà
ïðîèçâîäèòñÿ àíàëîãè÷íî ðàñ÷åòó äëÿ NTC-òåðìèñòîðîâ (áàëàíñèðîâêà ìîñòà ïðè îïîð-
íîé òåìïåðàòóðå).
2.7 Äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè
Äîñòîèíñòâà:
Âûñîêàÿ ëèíåéíîñòü õàðàêòåðèñòèêè (îñîáåííî ó ìåòàëëîâ).
Ñòàáèëüíîñòü è íàëè÷èå ñòàíäàðòîâ (Pt100).
Íåäîñòàòêè:
Ïîäâåðæåííîñòü ñàìîíàãðåâó.
6
Íåîáõîäèìîñòü êîìïåíñàöèè ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäîâ (ìíîãîïðîâîäíûå ñõåìû).
Äëÿ KTY: íèçêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü.
3 KTY
Äàò÷èêè ñåðèè KTY ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé óíèêàëüíûé âèä óñòðîéñòâ èçìåðåíèÿ òåì-
ïåðàòóðû. Õîòÿ îíè ÿâëÿþòñÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûìè ïðèáîðàìè (èçãîòàâëèâàþòñÿ íà îñ-
íîâå êðåìíèÿ), èõ îòíîñÿò ê êëàññó
òåðìîìåòðîâ ñîïðîòèâëåíèÿ
, à íå ê òåðìèñòîðàì.
Ýòî îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî îíè îáëàäàþò ïîëîæèòåëüíûì òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì
(PTC Positive Temperature Coecient): ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû èõ ýëåêòðè÷åñêîå
ñîïðîòèâëåíèå ðàñòåò. Ýòî ñâîéñòâî ðîäíèò èõ ñ êëàññè÷åñêèìè ìåòàëëè÷åñêèìè òåðìî-
ìåòðàìè ñîïðîòèâëåíèÿ (èç ïëàòèíû, ìåäè èëè íèêåëÿ).
3.1 Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè è ñòàíäàðòû
Îñíîâíîé õàðàêòåðèñòèêîé KTY äàò÷èêà ÿâëÿåòñÿ çàâèñèìîñòü åãî ñîïðîòèâëåíèÿ îò
òåìïåðàòóðû. Ïî ñðàâíåíèþ ñ ìåòàëëè÷åñêèìè òåðìîìåòðàìè ñîïðîòèâëåíèÿ, ýòà õàðàê-
òåðèñòèêà îáëàäàåò äâóìÿ íåäîñòàòêàìè: îíà èìååò áîëåå âûðàæåííóþ íåëèíåéíîñòü è
íèçêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü (ìàëûé äèàïàçîí èçìåíåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ïðè çíà÷èòåëüíîì
èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû).
Ìîäåëüíûé ðÿä äàò÷èêîâ ñòðîèòñÿ íà îñíîâå òàê íàçûâàåìîãî
îïîðíîãî ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ
.  ìàðêèðîâêå äàò÷èêà ÷àñòî óêàçûâàåòñÿ ýòî çíà÷åíèå. Íàïðèìåð, îáîçíà÷åíèå
KTY 2K
ïîäðàçóìåâàåò, ÷òî îïîðíîå ñîïðîòèâëåíèå ïðèáîðà ñîñòàâëÿåò 2 êÎì. Óñëîâèÿ
êàëèáðîâêè îïðåäåëÿþòñÿ ïðîèçâîäèòåëåì: äëÿ ïîñòðîåíèÿ êàëèáðîâî÷íîé òàáëèöû ôèê-
ñèðóåòñÿ ñîïðîòèâëåíèå ïðè îïðåäåëåííîé òåìïåðàòóðå (äëÿ òåðìèñòîðîâ ýòî îáû÷íî
25
◦
C,
äëÿ ïðîìûøëåííûõ ñòàíäàðòîâ ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ
0
◦
C). Ïîíÿòèå îïîðíîé òåìïåðàòó-
ðû è ñîïðîòèâëåíèÿ ïîçâîëÿåò îäíîçíà÷íî èäåíòèôèöèðîâàòü ýêçåìïëÿð è èñïîëüçîâàòü
ñîîòâåòñòâóþùèå êàëèáðîâî÷íûå äàííûå.
3.2 Ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå è êàëèáðîâî÷íûå êðèâûå
Äëÿ îïèñàíèÿ çàâèñèìîñòè ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû (
R − T
) èñïîëüçóþòñÿ ðàç-
ëè÷íûå ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè. Ïðîñòåéøàÿ ìîäåëü ýòî óðàâíåíèå ñ ìåäèàííûì çíà-
÷åíèåì, èñïîëüçóþùåå óñðåäíåííûé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò
α
. Îäíàêî îíî èìååò
óçêèå ãðàíèöû ïðèìåíèìîñòè èç-çà íåëèíåéíîñòè ðåàëüíîé õàðàêòåðèñòèêè.
Íàèáîëåå òî÷íûì è ðåêîìåíäîâàííûì ñïîñîáîì îïèñàíèÿ õàðàêòåðèñòèêè òåðìîìåòðîâ
ñîïðîòèâëåíèÿ è äàò÷èêîâ KTY ÿâëÿåòñÿ
óðàâíåíèå Êàëëåíäàðà-Âàí Äþçåíà
:
R(T ) = R
0
·
1 + A(T − T
0
) + B(T − T
0
)
2
,
(9)
ãäå
R
0
ñîïðîòèâëåíèå ïðè íà÷àëüíîé (îïîðíîé) òåìïåðàòóðå
T
0
, à
A
è
B
êîýôôè-
öèåíòû óðàâíåíèÿ.
Îïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòîâ
A
è
B
ïðîèçâîäèòñÿ ìàòðè÷íûì ìåòîäîì. Äëÿ ýòîãî âû-
áèðàþòñÿ òðè êîíòðîëüíûå òî÷êè: íà÷àëüíàÿ òåìïåðàòóðà, êîíå÷íàÿ òåìïåðàòóðà è ñðåä-
íÿÿ òåìïåðàòóðà äèàïàçîíà. Èçìåðèâ ñîïðîòèâëåíèå â ýòèõ òî÷êàõ, ñîñòàâëÿåòñÿ ñèñòåìà
óðàâíåíèé, ðåøåíèå êîòîðîé ïîçâîëÿåò íàéòè èñêîìûå êîýôôèöèåíòû, èíäèâèäóàëüíûå
äëÿ êîíêðåòíîãî äàò÷èêà èëè ïàðòèè.
7
3.3 Ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ è ñïîñîáû áîðüáû ñ íèìè
Ïðè ðàáîòå ñ òåðìîìåòðàìè ñîïðîòèâëåíèÿ âûäåëÿþò äâà îñíîâíûõ âèäà ïîãðåøíî-
ñòåé:
1. Ñàìîíàãðåâ.
Âîçíèêàåò èç-çà ïðîòåêàíèÿ èçìåðèòåëüíîãî òîêà ÷åðåç äàò÷èê, ÷òî
âûçûâàåò âûäåëåíèå òåïëà ñîãëàñíî çàêîíó Äæîóëÿ-Ëåíöà (
Q ∼ I
2
R
). Äëÿ òåðìîìåòðîâ
ñîïðîòèâëåíèÿ ýòà ïðîáëåìà áîëåå àêòóàëüíà, ÷åì äëÿ òåðìèñòîðîâ, òàê êàê ìåòàëëû
è êðåìíèé ìîãóò íàãðåâàòüñÿ ñèëüíåå.
Ñïîñîá áîðüáû:
Îãðàíè÷åíèå òîêà, ïðîòåêàþùåãî
÷åðåç äàò÷èê, â äèàïàçîíå îò 1 äî 10 ìÀ.
2. Âëèÿíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäîâ (êîííåêòîðîâ).
Ñîåäèíèòåëüíûå ïðîâîäà
èìåþò ñîáñòâåííîå ñîïðîòèâëåíèå, êîòîðîå ïðè íàãðåâå òàêæå óâåëè÷èâàåòñÿ. Ýòî âíî-
ñèò àääèòèâíóþ ïîãðåøíîñòü â èçìåðåíèÿ.
Ñïîñîá áîðüáû:
Èñïîëüçîâàíèå òð¼õïðîâîäíîé
èëè ÷åòûð¼õïðîâîäíîé ñõåìû ïîäêëþ÷åíèÿ. Ýòî ïîçâîëÿåò èçìåðèòü ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ
íåïîñðåäñòâåííî íà äàò÷èêå, èñêëþ÷èâ ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ïðîâîäàõ èç ðåçóëüòàòà èç-
ìåðåíèÿ.
3.4 Ëèíåàðèçàöèÿ õàðàêòåðèñòèêè â ìîñòîâîé ñõåìå Óèòñòîíà
Èç-çà íèçêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè è íåëèíåéíîñòè äàò÷èêè KTY ïðàêòè÷åñêè âñåãäà èñ-
ïîëüçóþòñÿ â ñîñòàâå ìîñòîâîé ñõåìû Óèòñòîíà. Ïðîöåññ ëèíåàðèçàöèè çàêëþ÷àåòñÿ íå
â ìàòåìàòè÷åñêîé ïîäãîíêå êðèâîé, à â àïïàðàòíîì ¾âûïðÿìëåíèè¿ èòîãîâîé âûõîäíîé
õàðàêòåðèñòèêè.
Äëÿ ëèíåàðèçàöèè èñïîëüçóåòñÿ ðåçèñòîð
R
ëèí
, êîòîðûé âêëþ÷àåòñÿ â òó æå âåòâü
ìîñòà, ÷òî è äàò÷èê
R
KTY
. Â äðóãîé âåòâè ðàñïîëàãàþòñÿ ðåçèñòîðû
R
1
è
R
2
(êàê ïðà-
âèëî, ðàâíûå ìåæäó ñîáîé). Êàëèáðîâêà ìîñòà ïðîèçâîäèòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïðè
íà÷àëüíîé òåìïåðàòóðå (îáû÷íî
0
◦
C) âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîñòà áûëî ðàâíî íóëþ.
Ðàñ÷åò îïòèìàëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ëèíåàðèçàöèè (
R
ëèí
) âûïîëíÿåòñÿ ïî ñïåöèàëüíîé
ôîðìóëå, èñïîëüçóþùåé çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé äàò÷èêà â òðåõ òî÷êàõ òåìïåðàòóðíîãî
äèàïàçîíà (íà÷àëüíîé, ñðåäíåé è êîíå÷íîé). Çíà÷åíèå áåðåòñÿ ïî ìîäóëþ.
Çàâèñèìîñòü èòîãîâîé êðèâîé îò âåëè÷èíû
R
ëèí
:
Èòîãîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðåä-
ñòàâëÿåò ñîáîé çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ ðàçáàëàíñà ìîñòà îò òåìïåðàòóðû (
dU = f(T )
).
Ïðè
îïòèìàëüíîì
çíà÷åíèè
R
ëèí
õàðàêòåðèñòèêà ìàêñèìàëüíî ïðèáëèæåíà ê ïðÿ-
ìîé ëèíèè.
Åñëè
R
ëèí
áîëüøå
îïòèìàëüíîãî, êðèâàÿ áóäåò èìåòü èçãèá (âûïóêëîñòü) â îäíó
ñòîðîíó.
Åñëè
R
ëèí
ìåíüøå
îïòèìàëüíîãî, êðèâàÿ áóäåò èìåòü èçãèá â ïðîòèâîïîëîæíóþ
ñòîðîíó.
Òàêèì îáðàçîì, ïðàâèëüíûé ïîäáîð ñîïðîòèâëåíèÿ ëèíåàðèçàöèè ÿâëÿåòñÿ êðèòè÷åñêè
âàæíûì äëÿ ïîëó÷åíèÿ òî÷íûõ ëèíåéíûõ ïîêàçàíèé â ðàáî÷åì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð.
4 Òåðìîïàðà
Òåðìîïàðà (òåðìîýëåêòðè÷åñêèé ïðåîáðàçîâàòåëü) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïàññèâíûé äàò-
÷èê äëÿ èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû, ñîñòîÿùèé èç äâóõ ýëåêòðîïðîâîäÿùèõ ïðîâîäîâ, âû-
ïîëíåííûõ èç ðàçíîðîäíûõ ìàòåðèàëîâ è ñîåäèíåííûõ íà îäíîì êîíöå. Ðàáîòà óñòðîéñòâà
áàçèðóåòñÿ íà òåðìîýëåêòðè÷åñêîì ýôôåêòå, èçâåñòíîì êàê
ýôôåêò Çååáåêà
.
Ñóòü ýôôåêòà Çååáåêà, îòêðûòîãî â 1821 ãîäó, çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì: â çàìêíó-
òîé öåïè, ñîñòîÿùåé èç äâóõ ðàçíîðîäíûõ ïðîâîäíèêîâ, âîçíèêàåò ýëåêòðîäâèæóùàÿ ñèëà
8
(òåðìîÝÄÑ), åñëè ìåñòà èõ ñîåäèíåíèÿ (ñïàè) ïîääåðæèâàþòñÿ ïðè ðàçëè÷íîé òåìïåðà-
òóðå. Íà ìèêðîñêîïè÷åñêîì óðîâíå ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïðè êîíòàêòå äâóõ ðàçíûõ
ìåòàëëîâ (íàïðèìåð, A è B) ýëåêòðîíû èç ìåòàëëà ñ áîëåå íèçêèì ðàáîòîé âûõîäà ïå-
ðåõîäÿò â ìåòàëë ñ áîëåå âûñîêîé, ñîçäàâàÿ êîíòàêòíóþ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, êîòîðàÿ
çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû.
Ñóùåñòâóåò òàêæå îáðàòíûé ýôôåêò
ýôôåêò Ïåëüòüå
. Åñëè ÷åðåç ñïàé äâóõ ðàçíî-
ðîäíûõ ìàòåðèàëîâ ïðîïóñòèòü ýëåêòðè÷åñêèé òîê, òî â ìåñòå êîíòàêòà áóäåò ïðîèñõîäèòü
âûäåëåíèå èëè ïîãëîùåíèå òåïëà (â çàâèñèìîñòè îò íàïðàâëåíèÿ òîêà), ÷òî ïðèâåäåò ê
íàãðåâó èëè îõëàæäåíèþ ñïàÿ. Â èçìåðèòåëüíîé òåõíèêå ýôôåêò Çååáåêà èñïîëüçóåòñÿ
äëÿ ãåíåðàöèè ñèãíàëà, à ýôôåêò Ïåëüòüå ó÷èòûâàåòñÿ êàê ïîáî÷íûé èëè èñïîëüçóåòñÿ â
ñèñòåìàõ îõëàæäåíèÿ.
4.1 ×åòûðå çàêîíà òåðìîýëåêòðè÷åñòâà
1.
Çàêîí âíóòðåííèõ òåìïåðàòóð
.  îäíîðîäíîì ïðîâîäíèêå íàëè÷èå òåìïåðàòóð-
íîãî ãðàäèåíòà íå ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ òåðìîÝÄÑ.
2.
Çàêîí ïðîìåæóòî÷íûõ òåìïåðàòóð
. Åñëè èìååòñÿ ñïëàâ èç 2-õ ïðîâîäíèêîâ
X
è
Y
, è âíóòðü îäíîãî èç ïðîâîäíèêîâ ïîìåñòèòü ïðîâîäíèê èç ìàòåðèàëà
Z
, òî òåð-
ìîÝÄÑ ñèñòåìû íå ïîìåíÿåòñÿ.
3.
Çàêîí ïðîìåæóòî÷íûõ òåìïåðàòóð
. Åñëè âçÿòü ñïëàâ èõ ìàòåðèàëîâ
X
è
Y
è
íàãðåòü êîíöû äî òåìïåðàòóð
t
1
è
t
2
, è âçÿòü ïîõîæèé ñïëàâ è íàãðåòü êîíöû äî
t
2
è
t
3
, òî â ñëó÷àå, åñëè ìû íàãðååì ýòîò æå ñïëàâ äî
t
1
è
t
3
, òî åãî òåðìîÝÄÑ áóäåò
ðàâíà ñóììå äâóõ ïðåäûäóùèõ.
4.
Çàêîí àääèòèâíîñòè òåðìîÝÄÑ
. Åñëè âçÿòü ñïëàâ èç äâóõ ìàòåðèàëîâ
X
è
Z
, è
âçÿòü âòîðîé ñïëàâ ñ ìàòåðèàëàìè
Y
è
Z
è íàãðåòü êîíöû äî îäèíàêîâûõ òåìïåðàòóð,
òî ÝÄÑ ñïëàâà
X
è
Y
áóäåò ðàâíà ñóììå äâóõ ïðåäûäóùèõ.
4.2 Êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè è êëàññèôèêàöèÿ
Ïîñêîëüêó òåðìîïàðà èçìåðÿåò ðàçíîñòü òåìïåðàòóð, â å¼ êîíñòðóêöèè âûäåëÿþò äâà
òèïà ñïàåâ:
Ãîðÿ÷èé ñïàé (ðàáî÷èé)
òî÷êà ñîåäèíåíèÿ ðàçíîðîäíûõ ïðîâîäíèêîâ, ïîìåùà-
åìàÿ â èçìåðÿåìóþ ñðåäó.
Õîëîäíûé ñïàé (îïîðíûé)
òî÷êà ïîäêëþ÷åíèÿ òåðìîïàðû ê èçìåðèòåëüíîé
ñèñòåìå (ìåäíûì ïðîâîäàì). Òåìïåðàòóðà ýòîãî ñïàÿ äîëæíà áûòü èçâåñòíà.
4.3 Ñòàíäàðòû è òèïû òåðìîïàð
Ñîãëàñíî ìåæäóíàðîäíîìó ñòàíäàðòó
DIN IEC 584
, òåðìîïàðû ìàðêèðóþòñÿ ëàòèí-
ñêèìè áóêâàìè. Ðîññèéñêèé ñòàíäàðò (ÃÎÑÒ) èñïîëüçóåò êèðèëëè÷åñêèå îáîçíà÷åíèÿ. Îñ-
íîâíûå òèïû âêëþ÷àþò:
Òèï K (NiCr-Ni, Õðîìåëü-Àëþìåëü)
: íàèáîëåå ïîïóëÿðíàÿ, äèàïàçîí äî
1372
◦
C
,
õàðàêòåðèñòèêà áëèçêà ê ëèíåéíîé.
Òèï J (Fe-CuNi, Æåëåçî-Êîíñòàíòàí)
: äèàïàçîí äî
1200
◦
C
, âûñîêàÿ ÷óâñòâè-
òåëüíîñòü, ëèíåéíàÿ õàðàêòåðèñòèêà.
9
Òèï E (NiCr-CuNi)
: îáëàäàåò íàèâûñøåé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ (ìàêñèìàëüíàÿ òåð-
ìîÝÄÑ íà ãðàäóñ).
Òèïû R, S, B (Ïëàòèíîâàÿ ãðóïïà)
: èñïîëüçóþò äðàãîöåííûå ìåòàëëû, ïðè-
ìåíÿþòñÿ äëÿ âûñîêèõ òåìïåðàòóð (äî
1800
◦
C
), óñòîé÷èâû ê îêèñëåíèþ, íî èìåþò
íèçêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü è âûñîêóþ ñòîèìîñòü.
Ðàçëè÷íûå ïàðû ìåòàëëîâ èìåþò ðàçíûé
êîýôôèöèåíò Çååáåêà
(÷óâñòâèòåëüíîñòü),
êîòîðûé îïðåäåëÿåò êðóòèçíó âîëüò-òåìïåðàòóðíîé õàðàêòåðèñòèêè.
4.4 Ïðîáëåìà õîëîäíîãî ñïàÿ è ìåòîäû êîððåêöèè
Êàëèáðîâî÷íûå òàáëèöû ñîñòàâëÿþòñÿ ïðè óñëîâèè, ÷òî òåìïåðàòóðà õîëîäíîãî ñïàÿ
ðàâíà ñòðîãî
0
◦
C
. Îäíàêî â ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè òåìïåðàòóðà õîëîäíîãî ñïàÿ
ðàâíà òåìïåðàòóðå îêðóæàþùåé ñðåäû (íàïðèìåð,
25
◦
C
). Èãíîðèðîâàíèå ýòîãî ôàêòà ïðè-
âåä¼ò ê ãðóáîé îøèáêå èçìåðåíèÿ, ðàâíîé ðàçíèöå òåìïåðàòóð.
Äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòîé íåòî÷íîñòè ïðèìåíÿþòñÿ äâà ìåòîäà êîððåêöèè:
1. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ êîððåêöèÿ.
Îïåðàòîð èëè ìèêðîêîíòðîëëåð èçìåðÿåò àáñîëþò-
íóþ òåìïåðàòóðó õîëîäíîãî ñïàÿ
T
ñ ïîìîùüþ íåçàâèñèìîãî òåðìîìåòðà. Çàòåì ïî êàëèá-
ðîâî÷íîé òàáëèöå íàõîäèòñÿ ÝÄÑ, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ýòîé òåìïåðàòóðå (
E(T)
). Èñòèííîå
çíà÷åíèå òåðìîÝÄÑ ãîðÿ÷åãî ñïàÿ âû÷èñëÿåòñÿ êàê ñóììà èçìåðåííîãî íàïðÿæåíèÿ è
ïîïðàâêè:
E = U + E(T)
(10)
Ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå
E
èñïîëüçóåòñÿ äëÿ íàõîæäåíèÿ èñêîìîé òåìïåðàòóðû ïî òàáëèöå.
2. Àâòîìàòè÷åñêàÿ (àïïàðàòíàÿ) êîððåêöèÿ.
 ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ïðèáîðà (÷à-
ñòî â ïëå÷î èçìåðèòåëüíîãî ìîñòà) âñòðàèâàåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé äàò÷èê òåìïåðàòóðû
(òåðìèñòîð NTC èëè äàò÷èê KTY), êîòîðûé íàõîäèòñÿ â òåïëîâîì êîíòàêòå ñ õîëîäíûì
ñïàåì. Ñõåìà íàñòðàèâàåòñÿ òàê, ÷òîáû ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû
èçìåíåíèå ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ýòîì äàò÷èêå êîìïåíñèðîâàëî èçìåíåíèå òåðìîÝÄÑ
òåðìîïàðû. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðèáîðó àâòîìàòè÷åñêè âûäàâàòü êîððåêòíûå ïîêàçàíèÿ.
5 Èíäóêòèâíûå äàò÷èêè ëèíåéíîãî ïåðåìåùåíèÿ
5.1 Îïðåäåëåíèå, ïðèíöèï äåéñòâèÿ è êëàññèôèêàöèÿ
Èíäóêòèâíûé äàò÷èê ëèíåéíîãî ïåðåìåùåíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé óñòðîéñòâî, êîí-
ñòðóêòèâíî ñîñòîÿùåå èç ìàãíèòîïðîâîäà ñ íàìîòàííîé íà íåãî êàòóøêîé è ÿêîðÿ, ðàñ-
ïîëîæåííîãî îòäåëüíî îò ìàãíèòîïðîâîäà. Ïðèíöèï ðàáîòû äàò÷èêà áàçèðóåòñÿ íà èç-
ìåíåíèè èíäóêòèâíîñòè êàòóøêè ïðè ïåðåìåùåíèè ÿêîðÿ. Êîãäà ÿêîðü óäàëÿåòñÿ èëè
ïðèáëèæàåòñÿ ê ìàãíèòîïðîâîäó, èçìåíÿåòñÿ âåëè÷èíà âîçäóøíîãî çàçîðà, ÷òî ïðèâîäèò
ê èçìåíåíèþ ìàãíèòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ öåïè è, êàê ñëåäñòâèå, èíäóêòèâíîñòè
L
. Òàêèì
îáðàçîì, ìåõàíè÷åñêîå ïåðåìåùåíèå ïðåîáðàçóåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêèé ïàðàìåòð.
Ïî êîëè÷åñòâó êàòóøåê äàò÷èêè êëàññèôèöèðóþòñÿ íà îäèíàðíûå (ñîäåðæàùèå îäíó
èíäóêòèâíîñòü) è äèôôåðåíöèàëüíûå (ñîäåðæàùèå äâå èíäóêòèâíîñòè).
5.2 Îäèíàðíûå äàò÷èêè: êîíñòðóêöèÿ è õàðàêòåðèñòèêè
Ñóùåñòâóåò äâà îñíîâíûõ âèäà êîíñòðóêöèè îäèíàðíîãî äàò÷èêà: ñ èçìåíÿåìîé äëè-
íîé âîçäóøíîãî çàçîðà (
δ
) è ñ èçìåíÿåìîé ïëîùàäüþ âîçäóøíîãî çàçîðà (
S
â
). Ãëàâíîé
10
ñòàòè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêîé ÿâëÿåòñÿ çàâèñèìîñòü èíäóêòèâíîñòè îò ïåðåìåùåíèÿ
L(x)
,
êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïàðàìåòðàìè ìàãíèòîïðîâîäà è ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå:
L =
µµ
0
W
2
S
â
2δ
,
(11)
ãäå
µ
îòíîñèòåëüíàÿ ìàãíèòíàÿ ïðîíèöàåìîñòü,
µ
0
ìàãíèòíàÿ ïîñòîÿííàÿ,
W
êîëè-
÷åñòâî âèòêîâ. Âèä ñòàòè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêè çàâèñèò îò èçìåíÿåìîãî ïàðàìåòðà: åñëè
ìåíÿåòñÿ äëèíà âîçäóøíîãî çàçîðà
δ
, çàâèñèìîñòü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãèïåðáîëó, à åñëè
ìåíÿåòñÿ ïëîùàäü
S
â
ëèíåéíóþ ôóíêöèþ.
Ïðîñòåéøàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ îäèíàðíîãî äàò÷èêà íàãðóçî÷íàÿ öåïü, ñîñòîÿùàÿ èç
èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, êàòóøêè è íàãðóçêè. Âûõîäíûì ñèãíàëîì ÿâëÿåòñÿ íàïðÿæåíèå íà
íàãðóçêå. Äëÿ ðàñ÷åòà èñïîëüçóþòñÿ ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè: ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå öåïè
Z =
q
R
2
íàãð
+ (ωL)
2
è òîê
I = U
0
/Z
. Ïðè óìåíüøåíèè çàçîðà èíäóêòèâíîñòü ðàñòåò,
óâåëè÷èâàÿ ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå è ñíèæàÿ òîê. Ñîîòâåòñòâåííî, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå
U
âûõ
= I · R
íàãð
òàêæå èçìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò âàðèàöèé èíäóêòèâíîñòè.
5.3 Äèôôåðåíöèàëüíûå äàò÷èêè
Äèôôåðåíöèàëüíûå äàò÷èêè êîíñòðóêòèâíî îòëè÷àþòñÿ íàëè÷èåì äâóõ êàòóøåê, ìåæ-
äó êîòîðûìè ðàñïîëàãàåòñÿ ÿêîðü. Ïðèíöèï èõ ðàáîòû îñíîâàí íà îòíîñèòåëüíîì äâèæå-
íèè: ïðè ñìåùåíèè ÿêîðÿ èç íóëåâîé òî÷êè (ãäå èíäóêòèâíîñòè ðàâíû) èíäóêòèâíîñòü
îäíîé êàòóøêè óâåëè÷èâàåòñÿ, à äðóãîé óìåíüøàåòñÿ.
Èñïîëüçóþòñÿ äâå îñíîâíûå ñõåìû âêëþ÷åíèÿ: íàãðóçî÷íàÿ è ìîñòîâàÿ.  íàãðóçî÷íîé
ñõåìå òîê ÷åðåç íàãðóçêó ðàâåí ðàçíîñòè òîêîâ êàòóøåê è ïåðåõîäèò ÷åðåç íîëü ïðè èçìå-
íåíèè íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ ÿêîðÿ. Ìîñòîâàÿ ñõåìà ïîçâîëÿåò ðåãóëèðîâàòü ïîëîæåíèå
íóëåâîé òî÷êè. Èçìåíÿÿ ñîïðîòèâëåíèå îäíîãî èç ðåçèñòîðîâ ìîñòà, ìîæíî äîáèòüñÿ òî-
ãî, ÷òîáû íóëåâîå íàïðÿæåíèå íà âûõîäå ñîîòâåòñòâîâàëî íå ãåîìåòðè÷åñêîìó öåíòðó, à
ñìåùåííîìó ïîëîæåíèþ ÿêîðÿ.
5.4 Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà â îòíîñèòåëüíîì äâèæåíèè
Äëÿ ðàñ÷åòà ðàáî÷åé õàðàêòåðèñòèêè ââîäèòñÿ áåçðàçìåðíûé ïàðàìåòð
σ = δ/x
0
, ãäå
x
0
ïîëîæåíèå ÿêîðÿ ïîñåðåäèíå. Èíäóêòèâíîñòè êàòóøåê â îòíîñèòåëüíîì äâèæåíèè
ñâÿçàíû ñ íóëåâîé èíäóêòèâíîñòüþ
L
0
ñëåäóþùèìè çàâèñèìîñòÿìè:
L
1
=
L
0
1 − σ
, L
2
=
L
0
1 + σ
.
(12)
5.5 Ðàñ÷åò äèàìåòðà âàëà
Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè äàò÷èêà íåîáõîäèìî ðàññ÷èòàòü ìèíèìàëüíûé äèàìåòð âàëà, ñïî-
ñîáíûé âûäåðæàòü ðàäèàëüíóþ (
F
R
) è îñåâóþ (
F
A
) íàãðóçêè. Ðàñ÷åò âåäåòñÿ â äâà ýòàïà.
Ñíà÷àëà îïðåäåëÿåòñÿ äèàìåòð èñõîäÿ èç èçãèáíîé ïðî÷íîñòè (ïîä äåéñòâèåì
F
R
). Äëÿ
ýòîãî îïîðû çàìåíÿþòñÿ øàðíèðàìè, ñòðîèòñÿ ýïþðà ìîìåíòîâ, íàõîäèòñÿ ìàêñèìàëüíûé
èçãèáàþùèé ìîìåíò è ðàññ÷èòûâàþòñÿ íîðìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ. Ïîëó÷åííîå íàïðÿæåíèå
ñðàâíèâàåòñÿ ñ äîïóñòèìûì äëÿ âûáðàííîãî ìàòåðèàëà.
Çàòåì ïîëó÷åííûé äèàìåòð ïðîâåðÿåòñÿ íà ïðî÷íîñòü ïðè ðàñòÿæåíèè-ñæàòèè ïîä
äåéñòâèåì îñåâîé ñèëû
F
A
. Íîðìàëüíîå íàïðÿæåíèå ðàññ÷èòûâàåòñÿ êàê
σ = N
z
/S
, ãäå
S = πd
2
/4
. Åñëè óñëîâèå ïðî÷íîñòè âûïîëíÿåòñÿ, äèàìåòð ñ÷èòàåòñÿ ïîäõîäÿùèì.
11
5.6 Êîíñòðóêòèâíûå ýëåìåíòû
Îñíîâíûìè ýëåìåíòàìè äàò÷èêà ÿâëÿþòñÿ ìàãíèòîïðîâîä (ìîæåò áûòü êðóãëûì, Ï-
îáðàçíûì, Ø-îáðàçíûì), ÿêîðü, âòóëêè ñêîëüæåíèÿ è íàïðàâëÿþùèå.  äàò÷èêàõ ëèíåé-
íîãî ïåðåìåùåíèÿ â êà÷åñòâå îïîð âàëà èñïîëüçóþòñÿ ïîäøèïíèêè ñêîëüæåíèÿ. Ìàòåðèàë
âòóëîê âûáèðàåòñÿ òàê, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ñ ìàòåðèàëîì âàëà.
Äëÿ ñòàëüíûõ âàëîâ îáû÷íî ïðèìåíÿþòñÿ âòóëêè èç áðîíçû (ÁðÎÔ, ÁðÀÆ) èëè ëàòóíè
(ËÑ). Ïîñàäêè âûáèðàþòñÿ ñêîëüçÿùèìè èëè ïåðåõîäíûìè. Íàïðàâëÿþùèå ìîãóò áûòü
âòóëî÷íûìè èëè ðåëüñîâûìè è ñëóæàò äëÿ îðèåíòàöèè âàëà, íå íåñÿ ïðè ýòîì îñíîâíîé
ñèëîâîé íàãðóçêè.
6 ìêîñòíûå äàò÷èêè ëèíåéíîãî ïåðåìåùåíèÿ
6.1 Îïðåäåëåíèå è êëàññèôèêàöèÿ
Åìêîñòíûå äàò÷èêè ïåðåìåùåíèé ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé óñòðîéñòâà â âèäå ïëîñêèõ èëè
öèëèíäðè÷åñêèõ êîíäåíñàòîðîâ. Ïðèíöèï èõ äåéñòâèÿ îñíîâàí íà ïðåîáðàçîâàíèè íåýëåê-
òðè÷åñêîé âåëè÷èíû (ïåðåìåùåíèÿ) â èçìåíåíèå ýëåêòðè÷åñêîé åìêîñòè. Ýòî ïðîèñõîäèò
çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ îäíîãî èç òðåõ ïàðàìåòðîâ: ðàññòîÿíèÿ ìåæäó ïëàñòèíàìè, ïëîùàäè
èõ ïåðåêðûòèÿ èëè äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè ñðåäû.
Êëàññèôèêàöèÿ åìêîñòíûõ äàò÷èêîâ ïðîèçâîäèòñÿ ïî íåñêîëüêèì ïðèçíàêàì. Ïî íà-
çíà÷åíèþ âûäåëÿþò äàò÷èêè äëÿ èçìåðåíèÿ ëèíåéíûõ è óãëîâûõ ïåðåìåùåíèé, óðîâíÿ
æèäêîñòè, ëèíåéíûõ ðàçìåðîâ äåòàëåé, òåìïåðàòóðû è ìåõàíè÷åñêèõ óñèëèé. Ïî êîí-
ñòðóêòèâíîìó èñïîëíåíèþ äàò÷èêè äåëÿòñÿ íà ïëîñêîïàðàëëåëüíûå, öèëèíäðè÷åñêèå, à
òàêæå íà êîíñòðóêöèè ñ íàëè÷èåì èëè îòñóòñòâèåì òâåðäîãî äèýëåêòðèêà ìåæäó îáêëàä-
êàìè.
Íàèáîëåå âàæíîé ÿâëÿåòñÿ êëàññèôèêàöèÿ ïî âèäó èçìåíÿåìîãî ïàðàìåòðà êîíäåíñà-
òîðà:
Äàò÷èêè ñ èçìåíÿåìîé ïëîùàäüþ ïåðåêðûòèÿ ïëàñòèí (
S
). Îíè ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ
èçìåðåíèÿ áîëüøèõ ëèíåéíûõ è óãëîâûõ ïåðåìåùåíèé.
Äàò÷èêè ñ èçìåíÿåìûì çàçîðîì ìåæäó ïëàñòèíàìè (
d
). Äàííûé òèï èñïîëüçóåòñÿ
äëÿ èçìåðåíèÿ ìàëûõ ïåðåìåùåíèé (îáû÷íî äî 1 ìì) è îáëàäàåò âûñîêîé ÷óâñòâè-
òåëüíîñòüþ.
Äàò÷èêè ñ èçìåíÿåìîé äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòüþ (
ε
).
6.2 Îäèíàðíûå åìêîñòíûå äàò÷èêè: êîíñòðóêöèÿ è õàðàêòåðèñòè-
êè
Êîíñòðóêöèÿ îäèíàðíîãî äàò÷èêà çàâèñèò îò òîãî, êàêîé ïàðàìåòð ÿâëÿåòñÿ ïåðåìåí-
íûì. Âûäåëÿþò òðè îñíîâíûõ âèäà:
1.
Ïëîñêîïàðàëëåëüíûé äàò÷èê ñ ïåðåìåííûì çàçîðîì.
Îäíà ïëàñòèíà íåïî-
äâèæíà, âòîðàÿ ïåðåìåùàåòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî åé. Åìêîñòü òàêîãî äàò÷èêà îïèñû-
âàåòñÿ ãèïåðáîëè÷åñêîé çàâèñèìîñòüþ îò ïåðåìåùåíèÿ:
C = 0, 89
S
d − δ
,
(13)
ãäå
S
ïëîùàäü ïëàñòèí,
d
íà÷àëüíûé çàçîð,
δ
âåëè÷èíà ñìåùåíèÿ. Ñòàòè÷å-
ñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÿâëÿåòñÿ íåëèíåéíîé, îäíàêî ÷óâñòâèòåëüíîñòü ðåçêî âîçðàñòà-
åò ïðè óìåíüøåíèè çàçîðà.
12
2.
Ïëîñêîïàðàëëåëüíûé äàò÷èê ñ ïåðåìåííîé ïëîùàäüþ.
Ïëàñòèíû ñìåùàþòñÿ
ïàðàëëåëüíî äðóã äðóãó. Çàâèñèìîñòü åìêîñòè îò ïåðåìåùåíèÿ
l
x
ëèíåéíà:
C = εε
0
b(a + l
x
)
d
.
(14)
3.
Öèëèíäðè÷åñêèé äàò÷èê (òåëåñêîïè÷åñêèé).
Îäèí öèëèíäðè÷åñêèé ýëåêòðîä
âõîäèò âíóòðü äðóãîãî, èçìåíÿÿ ïëîùàäü ïåðåêðûòèÿ. Õàðàêòåðèñòèêà òàêæå ëè-
íåéíà:
C = εε
0
2π(l + l
x
)
ln(r
2
/r
1
)
.
(15)
6.3 Äèôôåðåíöèàëüíûå åìêîñòíûå äàò÷èêè
Äèôôåðåíöèàëüíûå (äâóõúåìêîñòíûå) äàò÷èêè ñîñòîÿò èç äâóõ êîíäåíñàòîðîâ, ïàðà-
ìåòðû êîòîðûõ èçìåíÿþòñÿ îäíîâðåìåííî, íî ðàçíîíàïðàâëåííî. Ýòî ïîçâîëÿåò êîìïåíñè-
ðîâàòü âíåøíèå ïîãðåøíîñòè (òåìïåðàòóðó, âëàæíîñòü) è ïîâûñèòü òî÷íîñòü èçìåðåíèé.
Ñóùåñòâóþò ñëåäóþùèå âèäû êîíñòðóêöèé:
Òðåõïëàñòèí÷àòàÿ ñõåìà ñ ïåðåìåííûì çàçîðîì (ñðåäíÿÿ ïëàñòèíà ïåðåìåùàåòñÿ
ìåæäó äâóìÿ íåïîäâèæíûìè).
Ïëîñêàÿ ñõåìà ñ èçìåíÿåìîé ïëîùàäüþ (ïîäâèæíûé ýëåêòðîä ìåíÿåò ïåðåêðûòèå ñ
äâóìÿ ñòàòîðàìè).
Öèëèíäðè÷åñêàÿ äèôôåðåíöèàëüíàÿ ñõåìà.
Ïðèíöèï ðàáîòû çàêëþ÷àåòñÿ â ñîçäàíèè ¾äàò÷èêà îòíîøåíèÿ¿. Ïðè ñìåùåíèè ïî-
äâèæíîãî ýëåìåíòà åìêîñòü îäíîãî ïëå÷à óâåëè÷èâàåòñÿ, à äðóãîãî óìåíüøàåòñÿ. Â
ñõåìàõ ñ ïåðåìåííûì çàçîðîì ýòî ïîçâîëÿåò ÷àñòè÷íî ëèíåàðèçîâàòü õàðàêòåðèñòèêó, à â
ñõåìàõ ñ ïåðåìåííîé ïëîùàäüþ óâåëè÷èòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü â äâà ðàçà.
6.4 Ñõåìà âêëþ÷åíèÿ è ðàáî÷àÿ õàðàêòåðèñòèêà
Äëÿ âêëþ÷åíèÿ äèôôåðåíöèàëüíûõ åìêîñòíûõ äàò÷èêîâ èñïîëüçóåòñÿ ìîñòîâàÿ ñõå-
ìà. Ïëå÷àìè ìîñòà ÿâëÿþòñÿ åìêîñòè äàò÷èêà
C
1
è
C
2
. Ïðè ïèòàíèè ìîñòà ïåðåìåííûì
íàïðÿæåíèåì ôîðìèðóåòñÿ ðåâåðñèâíàÿ ñòàòè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà.
Ðàáîòà ñõåìû õàðàêòåðèçóåòñÿ ñëåäóþùèìè ñîñòîÿíèÿìè:
Ïðè íàõîæäåíèè ÿêîðÿ â ñðåäíåì ïîëîæåíèè (ñìåùåíèå
∆ = 0
) åìêîñòè ïëå÷ ðàâíû
(
C
1
= C
2
= C
0
). Ìîñò ñáàëàíñèðîâàí, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî íóëþ.
Ïðè ñìåùåíèè (
∆ = 0
) ïðîèñõîäèò ðàçáàëàíñ åìêîñòåé. Àìïëèòóäà âûõîäíîãî íà-
ïðÿæåíèÿ ëèíåéíî çàâèñèò îò âåëè÷èíû ñìåùåíèÿ.
Ïðè ñìåíå íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ ôàçà âûõîäíîãî ñèãíàëà ìåíÿåòñÿ íà
180
◦
îòíî-
ñèòåëüíî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ.
6.5 Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà è ïîíÿòèå íóëåâîé òî÷êè
Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà â îòíîñèòåëüíîì äâèæåíèè îïèðàåòñÿ íà ïîíÿòèÿ íóëåâîé òî÷êè è
íóëåâîé åìêîñòè.
13
Íóëåâàÿ òî÷êà
ýòî ãåîìåòðè÷åñêèé öåíòð äàò÷èêà, ïðè êîòîðîì ñîáëþäàåòñÿ ñèì-
ìåòðèÿ çàçîðîâ èëè ïëîùàäåé ïåðåêðûòèÿ. Åìêîñòü êàæäîãî ïëå÷à â ýòîì ïîëîæåíèè
íàçûâàåòñÿ
íóëåâîé åìêîñòüþ
(
C
0
).
Ñâÿçü íóëåâîé åìêîñòè è ïåðåìåùåíèÿ ïîäâèæíîé ïëàñòèíû (íàïðèìåð, äëÿ äàò÷èêà
ñ èçìåíÿåìîé ïëîùàäüþ) îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíèÿìè:
C
1
= C
0
1 +
l
x
a
, C
2
= C
0
1 −
l
x
a
,
(16)
ãäå
l
x
òåêóùåå ñìåùåíèå,
a
íà÷àëüíàÿ äëèíà ïåðåêðûòèÿ. Âûõîäíîé ñèãíàë èçìåðè-
òåëüíîé öåïè ïðîïîðöèîíàëåí ðàçíîñòè ýòèõ åìêîñòåé, ÷òî îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ ëèíåé-
íîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ.
7 Äàò÷èêè, ðàáîòàþùèå ïî ïðèíöèïó óïðóãîé äåôîð-
ìàöèè
Ïðèíöèï ðàáîòû äàííûõ äàò÷èêîâ îñíîâàí íà ïðåîáðàçîâàíèè èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ
â ìåõàíè÷åñêîå ïåðåìåùåíèå èëè äåôîðìàöèþ ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà. Âåëè÷èíà äå-
ôîðìàöèè ïðîïîðöèîíàëüíà ïðèëîæåííîìó äàâëåíèþ.
7.1 Îñíîâíûå âèäû ÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ
1.
Ìåìáðàíà
Êîíñòðóêöèÿ:
Òîíêàÿ óïðóãàÿ ïëàñòèíà (ìåòàëëè÷åñêàÿ, êðåìíèåâàÿ èëè êåðà-
ìè÷åñêàÿ), çàêðåïëåííàÿ ïî êîíòóðó.
Ïðèíöèï:
Ïîä äåéñòâèåì ðàçíîñòè äàâëåíèé ìåìáðàíà ïðîãèáàåòñÿ. Öåíòðàëü-
íàÿ ÷àñòü ñîâåðøàåò ëèíåéíîå ïåðåìåùåíèå.
Õàðàêòåðèñòèêè:
Âûñîêîå áûñòðîäåéñòâèå, õîðîøàÿ ëèíåéíîñòü (0,12,2 ÌÏà).
2.
Ñèëüôîí
Êîíñòðóêöèÿ:
Òîíêîñòåííàÿ ãîôðèðîâàííàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ òðóáêà (¾ãàðìîø-
êà¿).
Ïðèíöèï:
Ïîä äåéñòâèåì äàâëåíèÿ âíóòðè èëè ñíàðóæè ñèëüôîí èçìåíÿåò ñâîþ
äëèíó (ñæèìàåòñÿ èëè ðàçæèìàåòñÿ).
Ïðèìåíåíèå:
×àñòî èñïîëüçóåòñÿ äëÿ íèçêèõ äàâëåíèé (<0,2 ÌÏà).
3.
Òðóáêà Áóðäîíà
Êîíñòðóêöèÿ:
Èçîãíóòàÿ (îáû÷íî Ñ-îáðàçíàÿ èëè ñïèðàëüíàÿ) òðóáêà îâàëüíî-
ãî ñå÷åíèÿ. Îäèí êîíåö çàêðåïëåí (âõîä äàâëåíèÿ), âòîðîé ñâîáîäíûé è çàïàÿí.
Ïðèíöèï:
Ïðè ïîäà÷å äàâëåíèÿ òðóáêà ñòðåìèòñÿ ðàñïðÿìèòüñÿ (èçìåíèòü êðè-
âèçíó), ïåðåìåùàÿ ñâîáîäíûé êîíåö.
Ïðèìåíåíèå:
Øèðîêèé äèàïàçîí (äî 700 ÌÏà), ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ â ìàíîìåò-
ðàõ ïðÿìîãî äåéñòâèÿ.
14
7.2 Óïðóãèé ãèñòåðåçèñ
Îïðåäåëåíèå:
Íåñîâïàäåíèå õàðàêòåðèñòèê äàò÷èêà (çàâèñèìîñòè äåôîðìàöèè îò
äàâëåíèÿ) ïðè ïðÿìîì õîäå (íàãðóçêå, óâåëè÷åíèè äàâëåíèÿ) è îáðàòíîì õîäå (ðàçãðóçêå,
óìåíüøåíèè äàâëåíèÿ). Ãðàôèêè îáðàçóþò ïåòëþ ãèñòåðåçèñà.
Ïðè÷èíû âîçíèêíîâåíèÿ:
Âíóòðåííåå òðåíèå â ìàòåðèàëå óïðóãîãî ýëåìåíòà.
Íàëè÷èå îñòàòî÷íûõ äåôîðìàöèé.
Ôèçè÷åñêèé ñìûñë:
Ïëîùàäü ïåòëè ãèñòåðåçèñà (èíòåãðàë ðàçíîñòè êðèâûõ) ÷èñ-
ëåííî ðàâíà ðàáîòå, çàòðà÷åííîé íà ïðåîäîëåíèå ñèë âíóòðåííåãî òðåíèÿ è îñòàòî÷íîé
äåôîðìàöèè.
7.3 Ñïîñîáû ýëåêòðè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëà
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà ìåõàíè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ïðåîáðàçóåòñÿ â ýëåê-
òðè÷åñêóþ âåëè÷èíó ñ ïîìîùüþ ðàçëè÷íûõ ìåòîäîâ.
Òåíçîìåòðè÷åñêèé ìåòîä
Îñíîâàí íà èçìåíåíèè ýëåêòðè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäíèêà ïðè åãî ìåõàíè÷åñêîé
äåôîðìàöèè. Èñïîëüçóåòñÿ ñõåìà èçìåðèòåëüíîãî ìîñòà Óèòñòîíà.
Ñîïðîòèâëåíèå ïðîâîäíèêà îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé:
R = ρ
L
A
,
(17)
ãäå
ρ
óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå,
L
äëèíà,
A
ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ. Ïðè
ðàñòÿæåíèè
L
óâåëè÷èâàåòñÿ,
A
óìåíüøàåòñÿ, ñëåäîâàòåëüíî,
R
ðàñòåò.
Òèïû òåíçîäàò÷èêîâ:
Ôîëüãîâûå/Ïðîâîëî÷íûå:
Íàêëåèâàþòñÿ íà óïðóãèé ýëåìåíò.
Ïîëóïðîâîäíèêîâûå (êðåìíèåâûå):
Îáëàäàþò çíà÷èòåëüíî áîëüøåé ÷óâñòâèòåëüíî-
ñòüþ (òåíçîýôôåêò â ïîëóïðîâîäíèêàõ âûøå), íî ñèëüíî çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû.
×àñòî âûïîëíÿþòñÿ â âèäå èíòåãðàëüíûõ ñõåì (ìåìáðàíà èç ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî
êðåìíèÿ ñ äèôôóçèîííûìè ðåçèñòîðàìè).
Åìêîñòíîé ìåòîä
Ìåìáðàíà èëè òîðåö ñèëüôîíà ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç îáêëàäîê êîíäåíñàòîðà. Âòîðàÿ îáêëàä-
êà íåïîäâèæíà.
C =
εε
0
S
d
(18)
Ïðè äåôîðìàöèè ìåíÿåòñÿ ðàññòîÿíèå
d
ìåæäó ïëàñòèíàìè, ÷òî ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ
åìêîñòè
C
.
Îñîáåííîñòè:
Âûñîêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü, âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ ìàëûõ äàâ-
ëåíèé è âàêóóìà, íî òðåáóþò çàùèòû îò ñëèïàíèÿ ïëàñòèí.
Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ìåòîä
Îñíîâàí íà ïðÿìîì ïüåçîýëåêòðè÷åñêîì ýôôåêòå (îòêðûò áðàòüÿìè Êþðè). Ïðè äåôîð-
ìàöèè êðèñòàëëè÷åñêîãî äèýëåêòðèêà (êâàðö, ïüåçîêåðàìèêà) íà åãî ãðàíÿõ âîçíèêàþò
ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû.
Îñîáåííîñòè:
Ðåàãèðóþò òîëüêî íà
èçìåíåíèå
äàâëåíèÿ (äèíàìè÷åñêèå èçìåðåíèÿ).
Î÷åíü âûñîêîå áûñòðîäåéñòâèå.
15
Ïîäâåðæåíû âëèÿíèþ òåìïåðàòóðû è óòå÷êàì çàðÿäà.
Ïîòåíöèîìåòðè÷åñêèé ìåòîä
Óïðóãèé ýëåìåíò ìåõàíè÷åñêè ñâÿçàí ñ ïîäâèæíûì êîíòàêòîì ðåîñòàòà (ïîòåíöèîìåòðà).
Íåäîñòàòêè:
Íèçêàÿ òî÷íîñòü, íàëè÷èå òðóùèõñÿ êîíòàêòîâ, íèçêîå áûñòðîäåéñòâèå. Èñ-
ïîëüçóåòñÿ äëÿ ãðóáûõ èçìåðåíèé.
Èíäóêòèâíûé è ìàãíèòîðåçèñòèâíûé ìåòîäû
Ïåðåìåùåíèå óïðóãîãî ýëåìåíòà äâèãàåò ôåððîìàãíèòíûé ñåðäå÷íèê èëè ïëàñòèíó, èçìå-
íÿÿ èíäóêòèâíîñòü êàòóøêè èëè ìàãíèòíûé ïîòîê, êîòîðûé ôèêñèðóåòñÿ ìàãíèòîðåçè-
ñòîðîì.
Âèáðàöèîííûé (ðåçîíàíñíûé) ìåòîä
Èçìåðÿåòñÿ èçìåíåíèå ñîáñòâåííîé ÷àñòîòû êîëåáàíèé óïðóãîãî ýëåìåíòà, çàâèñÿùåé îò
åãî íàòÿæåíèÿ (äàâëåíèÿ).
Ïðåèìóùåñòâà:
Âûñîêàÿ ñòàáèëüíîñòü è òî÷íîñòü (÷àñòîòíûé
ñèãíàë ïîìåõîóñòîé÷èâ).
7.4 Îñíîâíûå âèäû èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ
Àáñîëþòíîå äàâëåíèå:
Èçìåðÿåòñÿ îòíîñèòåëüíî àáñîëþòíîãî âàêóóìà.
Äèôôåðåíöèàëüíîå (ðàçíîñòíîå) äàâëåíèå:
Ðàçíîñòü ìåæäó äâóìÿ äàâëåíèÿ-
ìè
P
1
è
P
2
. Äàò÷èêè ÷àñòî èìåþò äâå êàìåðû, ðàçäåëåííûå ìåìáðàíîé.
Âàêóóì (íèçêîå äàâëåíèå):
Äàâëåíèå íèæå àòìîñôåðíîãî. Äëÿ èçìåðåíèÿ ãëóáî-
êîãî âàêóóìà èñïîëüçóþòñÿ òåïëîâûå (äàò÷èê Ïèðàíè èçìåíåíèå òåïëîïðîâîäíî-
ñòè ãàçà) è èîíèçàöèîííûå äàò÷èêè.
7.5 Ñðàâíèòåëüíàÿ òàáëèöà äàò÷èêîâ
Òàáëèöà 1: Õàðàêòåðèñòèêè ðàçëè÷íûõ òèïîâ äàò÷è-
êîâ äàâëåíèÿ
Òèï ýëåìåíòà Äèàïàçîí
(ÌÏà)
×óâñòâèò.
(ÌÏà)
Ïðåèìóùåñòâà Íåäîñòàòêè
Òðóáêà Áóðäîíà
0, 1 . . . 700 0, 03
Íèçêàÿ ñòîè-
ìîñòü, ïðîñòîòà,
àâòîíîìíîñòü
Íèçêàÿ òî÷íîñòü,
òîëüêî ñòàòèêà
Ñèëüôîíû
< 0, 2 0, 0012
Ðàáîòà íà íèçêèõ
äàâëåíèÿõ
Îãðàíè÷åííûå
âîçìîæíîñòè
âûâîäà ñèãíàëà
Äèàôðàãìû (Ìåì-
áðàíû)
0, 1 . . . 2, 2 0, 01
Áûñòðûé îòêëèê,
òî÷íîñòü, êîððî-
çèîííàÿ ñòîéêîñòü
Âûñîêàÿ ñòîè-
ìîñòü
Åìêîñòíûå
2, 5 ·
10
−6
. . . 70
0, 07
Èçìåðåíèå âàêóó-
ìà, ïðî÷íîñòü
Ýëåêòðîíèêà
ñëîæíåå, ðèñê
ñëèïàíèÿ
Èíäóêòèâíûå
2, 5 ·
10
−4
. . . 70
0, 35
Âûñîêàÿ ÷óâñòâè-
òåëüíîñòü
Îãðàíè÷åíû ìå-
õàíèêîé, òðåáóþò
AC ïèòàíèÿ
16
Òèï ýëåìåíòà Äèàïàçîí ×óâñòâèò. Ïðåèìóùåñòâà Íåäîñòàòêè
Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå
0, 02 . . . 100 0, 1
Î÷åíü áûñòðûé
îòêëèê (äèíàìè-
êà)
Íå èçìåðÿþò ñòà-
òèêó, âëèÿíèå òåì-
ïåðàòóðû
Òåíçîìåòðè÷åñêèå
0 . . . 1400 1, 4 . . . 3, 5
Âûñîêàÿ ÷óâñòâè-
òåëüíîñòü, ìàëûå
ðàçìåðû
Ìåäëåííûé îò-
êëèê (äëÿ íåêî-
òîðûõ òèïîâ),
ñëàáûé ñèãíàë
Âèáðàöèîííûå
0, 0035 . . . 0, 3 1 · 10
−5
Î÷åíü âûñîêàÿ
òî÷íîñòü è ñòà-
áèëüíîñòü
Óçêèé äèàïàçîí
äàâëåíèé
8 Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå äàò÷èêè äàâëåíèÿ
8.1 Ôèçè÷åñêèå îñíîâû ðàáîòû
Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ïüåçîýëåêòðè÷åñêèõ äàò÷èêîâ áàçèðóåòñÿ íà ñâîéñòâàõ äèýëåêòðè-
êîâ, â êîòîðûõ íàáëþäàåòñÿ ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò.
Ïðÿìîé ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò
çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ïðè ìåõàíè÷åñêîé
äåôîðìàöèè ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà (äèýëåêòðèêà) ýëåêòðè÷åñêèå äèïîëè âíóòðè ìà-
òåðèàëà ïåðåîðèåíòèðóþòñÿ è âûñòðàèâàþòñÿ îïðåäåëåííûì îáðàçîì. Â ðåçóëüòàòå íà
ãðàíÿõ êðèñòàëëà âîçíèêàåò ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ è ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä. Îñîáåííîñòüþ
äàííîãî ÿâëåíèÿ â áîëüøèíñòâå ìàòåðèàëîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî çàðÿä ñîõðàíÿåòñÿ ïðåèìó-
ùåñòâåííî â ìîìåíò èçìåíåíèÿ äàâëåíèÿ (äèíàìè÷åñêèé ðåæèì). Ïðè ñòàòè÷åñêîì âîç-
äåéñòâèè çàðÿä ñî âðåìåíåì ñòåêàåò (¾äèïîëè ðàçáåãàþòñÿ¿), è íàïðÿæåíèå ïàäàåò, õî-
òÿ ñîâðåìåííûå ñèíòåçèðîâàííûå ìàòåðèàëû ïîçâîëÿþò óäåðæèâàòü ñèãíàë çíà÷èòåëüíî
äîëüøå.
Îáðàòíûé ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîöåññ, ïðè êîòîðîì
íà ïüåçîýëåìåíò ïîäàåòñÿ ýëåêòðè÷åñêîå íàïðÿæåíèå, çàñòàâëÿþùåå ìàòåðèàë äåôîðìèðî-
âàòüñÿ èëè âèáðèðîâàòü. Äàííûé ýôôåêò íàõîäèò ïðèìåíåíèå â èñïîëíèòåëüíûõ óñòðîé-
ñòâàõ, òàêèõ êàê ïüåçîïèùàëêè, çóììåðû è áàççåðû.
8.2 Êîíñòðóêöèÿ è ñïîñîáû èçìåðèòåëüíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ
Ñ êîíñòðóêòèâíîé òî÷êè çðåíèÿ ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé äàò÷èê ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê
êîíäåíñàòîð, ãäå ðîëü äèýëåêòðèêà âûïîëíÿåò ïüåçîýëåìåíò. Êîíñòðóêöèÿ ìîæåò áûòü
îäíîïëàñòèí÷àòîé èëè ìíîãîïëàñòèí÷àòîé, à ïî ôîðìå äàò÷èêè ÷àñòî âûïîëíÿþòñÿ â âèäå
äèñêîâ (êðóãëûå ïëàñòèíû).
Ïðîöåññ èçìåðèòåëüíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðîèñõîäèò ïî ñëåäóþùåé öåïî÷êå:
Äàâëåíèå
→
Ñèëà
→
Äåôîðìàöèÿ
→
Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä
→
Íàïðÿæåíèå
Ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå ïðåîáðàçîâàíèÿ áàçèðóåòñÿ íà ðàñ÷åòå ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿ-
äà
Q
, âîçíèêàþùåãî ïîä äåéñòâèåì ñèëû
F
:
Q = k
0
· F,
(19)
ãäå
k
0
ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé êîýôôèöèåíò (êóëîí íà íüþòîí).
Åìêîñòü ñàìîãî ïüåçîýëåìåíòà
C
0
ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå ïëîñêîãî êîíäåíñàòîðà:
C
0
=
ε · ε
0
· S
d
,
(20)
17
ãäå
ε
îòíîñèòåëüíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ìàòåðèàëà,
ε
0
ýëåêòðè÷åñêàÿ
ïîñòîÿííàÿ,
S
ïëîùàäü ïåðåêðûòèÿ ïëàñòèí (äëÿ êðóãëîãî äàò÷èêà
πD
2
4
),
d
òîëùèíà
ïüåçîýëåìåíòà.
Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå
U
out
çàâèñèò íå òîëüêî îò ñãåíåðèðîâàííîãî çàðÿäà, íî è îò
ïîëíîé åìêîñòè öåïè, êîòîðàÿ ñêëàäûâàåòñÿ èç ñîáñòâåííîé åìêîñòè äàò÷èêà
C
0
è âõîäíîé
åìêîñòè èçìåðèòåëüíîãî óñòðîéñòâà
C
in
. Äëÿ äàò÷èêà, ñîäåðæàùåãî
n
ïëàñòèí, ôîðìóëà
íàïðÿæåíèÿ ïðèíèìàåò âèä:
U
out
=
Q · n
C
in
+ C
0
.
(21)
×óâñòâèòåëüíîñòü äàò÷èêà (
S
D
) îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
ê äåôîðìàöèè èëè ïðèëîæåííîìó äàâëåíèþ.
8.3 Èçìåðÿåìûå âèäû äàâëåíèÿ
Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå äàò÷èêè ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ äâóõ îñíîâíûõ âèäîâ äàâ-
ëåíèÿ.
Ïåðâûì âèäîì ÿâëÿåòñÿ
àáñîëþòíîå äàâëåíèå
, èçìåðÿåìîå îòíîñèòåëüíî âàêóóìà.
Õàðàêòåðíîé ÷åðòîé èçìåðåíèÿ àáñîëþòíîãî äàâëåíèÿ ïüåçîäàò÷èêàìè ÿâëÿåòñÿ îòñóò-
ñòâèå óïðóãîãî ãèñòåðåçèñà, áëàãîäàðÿ ÷åìó êðèâàÿ íàãðóæåíèÿ ïðè óâåëè÷åíèè è óìåíü-
øåíèè äàâëåíèÿ ñîâïàäàåò.
Âòîðûì âèäîì ÿâëÿåòñÿ
äèôôåðåíöèàëüíîå äàâëåíèå
, êîòîðîå èçìåðÿåòñÿ îòíî-
ñèòåëüíî äðóãîãî îïîðíîãî äàâëåíèÿ.  çàâèñèìîñòè îò ïîäêëþ÷åíèÿ ê èçìåðèòåëüíûì
âõîäàì (ïëþñ èëè ìèíóñ) âûõîäíîé ñèãíàë ìîæåò ïðèíèìàòü ïîëîæèòåëüíûå èëè îòðè-
öàòåëüíûå çíà÷åíèÿ, îòðàæàÿ ðàçíîñòü äàâëåíèé.
8.4 Ìàòåðèàëû è ñõåìû âêëþ÷åíèÿ
Ìàòåðèàëàìè äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ ñëóæàò ñïåöèàëüíûå äè-
ýëåêòðèêè, õàðàêòåðèçóþùèåñÿ âûñîêèì ïüåçîìîäóëåì. Ïîìèìî êëàññè÷åñêèõ ìàòåðèà-
ëîâ, ñóùåñòâóþò ëàáîðàòîðíî ñèíòåçèðîâàííûå ìàòåðèàëû ñ óëó÷øåííûìè õàðàêòåðèñòè-
êàìè óäåðæàíèÿ çàðÿäà.
Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ ïüåçîýëåêòðè÷åñêîãî äàò÷èêà ó÷èòûâàåò åãî ïðèðîäó
êàê àêòèâíîãî ãåíåðàòîðà ñèãíàëà ñ âûñîêèì âíóòðåííèì åìêîñòíûì ñîïðîòèâëåíèåì. Â
îòëè÷èå îò òåíçîðåçèñòîðîâ, òðåáóþùèõ ìîñòîâûõ ñõåì ïèòàíèÿ, ïüåçîäàò÷èê ïîäêëþ÷à-
åòñÿ ê öåïè, ãäå êëþ÷åâûì ïàðàìåòðîì ñîãëàñîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ âõîäíàÿ åìêîñòü óñèëèòåëÿ
èëè èçìåðèòåëüíîãî ïðèáîðà.
9 Òåíçîðåçèñòîðû
9.1 Ïðèíöèï ðàáîòû è âèäû êîíñòðóêöèè
Òåíçîðåçèñòîðû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ðåçèñòîðû, ýëåêòðè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå êîòîðûõ
èçìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò èõ ìåõàíè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Ôèçè÷åñêàÿ îñíîâà ðàáîòû
îïèñûâàåòñÿ çàâèñèìîñòüþ ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäíèêà îò åãî ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ:
R = ρ
L
S
,
(22)
ãäå
ρ
óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ìàòåðèàëà,
L
äëèíà ïðîâîäíèêà, à
S
ïëîùàäü åãî
ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ.
18
Îñíîâíûì âèäîì êîíñòðóêöèè ÿâëÿþòñÿ
ôîëüãîâûå òåíçîðåçèñòîðû
. Îíè ñîñòîÿò
èç òîíêîé ïëåíêè, íà êîòîðóþ íàíåñåíà òîêîïðîâîäÿùàÿ äîðîæêà. Ïðè äåôîðìàöèè òåíçî-
ðåçèñòîðà ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå äëèíû äîðîæêè (
L
), â òî âðåìÿ êàê èçìåíåíèåì ïëîùàäè
ñå÷åíèÿ (
S
) â ðàìêàõ äàííîé ìîäåëè ïðåíåáðåãàþò. Ïîñêîëüêó òåíçîðåçèñòîðû ÷óâñòâè-
òåëüíû ê âíåøíèì âîçäåéñòâèÿì, òàêèì êàê òåìïåðàòóðà è âëàæíîñòü, èõ êîíñòðóêòèâíîå
èñïîëíåíèå òðåáóåò îáÿçàòåëüíîé èçîëÿöèè îò âíåøíåé ñðåäû.
9.2 Ñïîñîáû èçìåðèòåëüíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ
Äëÿ èçìåðåíèÿ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí (ñèëû, êðóòÿùåãî ìîìåíòà, äàâëåíèÿ) òåíçîðåçè-
ñòîðû íàêëåèâàþòñÿ íåïîñðåäñòâåííî íà óïðóãèé ýëåìåíò êîíñòðóêöèè (íàïðèìåð, áàëêó).
Ïðè íàãðóçêå ýëåìåíò äåôîðìèðóåòñÿ, è òåíçîðåçèñòîð èçãèáàåòñÿ âìåñòå ñ íèì. Òàêèì
îáðàçîì ìåõàíè÷åñêîå ïåðåìåùåíèå ïðåîáðàçóåòñÿ â èçìåíåíèå àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ.
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñâÿçü ìåæäó îòíîñèòåëüíîé äåôîðìàöèåé
ε
è èçìåíåíèåì ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ
∆R
âûðàæàåòñÿ ÷åðåç êîýôôèöèåíò òåíçî÷óâñòâèòåëüíîñòè
k
:
∆R = k · R · ε,
(23)
ãäå
R
íîìèíàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå òåíçîðåçèñòîðà, à
ε = ∆L/L
. Ýòî èçìåíåíèå ñîïðî-
òèâëåíèÿ â äàëüíåéøåì ïðåîáðàçóåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë (íàïðÿæåíèå).
9.3 Ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû âêëþ÷åíèÿ
Äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ ìàëûõ èçìåíåíèé ñîïðîòèâëåíèÿ â âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èñïîëü-
çóåòñÿ ìîñòîâàÿ èçìåðèòåëüíàÿ öåïü
ìîñò Óèòñòîíà
.  çàâèñèìîñòè îò êîëè÷åñòâà
àêòèâíûõ òåíçîðåçèñòîðîâ, âêëþ÷åííûõ â ïëå÷è ìîñòà, ðàçëè÷àþò òðè îñíîâíûå ñõåìû:
Ïîëíûé ìîñò
âñå ÷åòûðå ïëå÷à ìîñòà ñîäåðæàò àêòèâíûå òåíçîðåçèñòîðû.
Ïîëóìîñò
èñïîëüçóþòñÿ äâà àêòèâíûõ òåíçîðåçèñòîðà.
×åòâåðòü ìîñòà
èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî îäèí àêòèâíûé òåíçîðåçèñòîð.
Ïðèìåíåíèå ïîëíîãî ìîñòà, íàïðèìåð, â êîíñîëüíûõ äàò÷èêàõ, ïîçâîëÿåò íå òîëüêî ïî-
âûñèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü, íî è îïðåäåëÿòü íàïðàâëåíèå ïðèëîæåííîé íàãðóçêè çà ñ÷åò
ðàçíåñåíèÿ äàò÷èêîâ ïî ðàçíûì çîíàì äåôîðìàöèè.
9.4 Ñðàâíåíèå ÷óâñòâèòåëüíîñòè è ñòàáèëüíîñòè ñõåì
Ðàçëè÷íûå âàðèàíòû ìîñòîâîãî âêëþ÷åíèÿ ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ ïî ñâîèì ìåòðî-
ëîãè÷åñêèì õàðàêòåðèñòèêàì.
×óâñòâèòåëüíîñòü
ñõåìû íàïðÿìóþ çàâèñèò îò êîëè÷åñòâà àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ. Çà-
âèñèìîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
U
âûõ
îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ
U
0
è èçìåíåíèÿ ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ äëÿ ðàçíûõ ñõåì âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Äëÿ ïîëíîãî ìîñòà ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìàêñèìàëüíà:
U
âûõ
= U
0
∆R
R
(24)
Äëÿ ïîëóìîñòà âûõîäíîé ñèãíàë â äâà ðàçà ñëàáåå:
U
âûõ
= U
0
∆R
2R
(25)
19
Äëÿ ÷åòâåðòè ìîñòà ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìèíèìàëüíà (ñèãíàë â 4 ðàçà ìåíüøå îòíîñè-
òåëüíî ïîëíîãî ìîñòà):
U
âûõ
= U
0
∆R
4R
(26)
Ñòàáèëüíîñòü
ñèñòåìû òàêæå êîððåëèðóåò ñî ñëîæíîñòüþ ñõåìû. Ñõåìà ïîëíîãî ìî-
ñòà ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ñòàáèëüíîé è íàäåæíîé: âûõîä èç ñòðîÿ îäíîãî äàò÷èêà ìîæåò áûòü
ñêîìïåíñèðîâàí èëè, ïî êðàéíåé ìåðå, îñòàâëÿåò âîçìîæíîñòü ðåìîíòà. Ñõåìà ÷åòâåðòè
ìîñòà ÿâëÿåòñÿ íàèìåíåå íàäåæíîé (¾ñàìîé ïëîõîé¿), òàê êàê âûõîä èç ñòðîÿ åäèíñòâåí-
íîãî ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà ïðèâîäèò ê ïîëíîé íåðàáîòîñïîñîáíîñòè èçìåðèòåëüíîé
ñèñòåìû.
20