Влияние температуры на работу тензодатчика (автомобильные весы)
Тензодатчики работают за счет тензоэффекта — изменения сопротивления полупроводников при их деформации. При растяжении сопротивление повышается за счет удлинения резисторов и уменьшения поперечного сечения. Сжатие наоборот — уменьшает этот показатель. Разница сопротивлений улавливается вольтметром, после чего преобразуется в электрический сигнал, который перерабатывается в удобный для восприятия формат.
С изобретением тензометрических датчиков, была открыта новая эпоха в истории точности весоизмерительного оборудования. Но не обошлось и без недостатков, одним из которых является прямая зависимость от влияния окружающей среды, а в частности самое большое влияние оказывает температура и влажность воздуха.
Рассмотрим изменение температуры и ее влияния на тензометрический датчик
Зачастую при изменениях температуры окружающей среды, возникают проблемы в стабильности работы датчиков, что влияет на конечные показания взвешивания. Это обусловлено несколькими факторами:
Влияние ТКС (температурный коэффициент сопротивления) резистора на его сопротивление;
Паразитный тензорезистивный эффект за счет разницы температурного расширения между подложкой и материалом резистора.
При повышении температуры окружающий среды, происходит снижение чувствительности тензодатчика за счет снижения прочностных качеств оборудования и размягчения клея в деталях, что приводит к увеличению погрешности в измерениях.
Понижение температуры окружающей среды, происходит изменение диапазона растяжения и сжатия материала, что приводит к увеличению погрешности в измерениях.
Рабочий диапазон температур для различных видов клея используемых в тензометрических датчиках :
Цианоакрилат используется при температурах от -30 до +800С. Существуют марки с более широким диапазоном −196…+1200С. Погрешность не более 6%.
Полиэфир. От -30 до +1800С.
Фенол. Применяется при температурах −296…+2000С. Погрешность 3−10%.
Эпоксидная смола. Зависит от марки, разброс составляет −296…+2000С. Погрешность примерно такая же, как у формальдегидных составов.
Большое значение имеет основа, на которую нанесен полупроводник. У фольговых резисторов ТКС может составлять всего ±0,05 ppm/C в диапазоне от 0 до +600С. Это один из самых стабильных видов датчиков.
Самый большой ТКС наблюдается у датчиков на основе углеродной проводящей пленки. Он может достигать 500 ppm/С и погрешность будет не менее 5%, а то и все 10%. Поэтому такие тензодатчики не используются там, где нужна высокая точность измерений.
Защита тензодатчиков от действия окружающей среды
В настоящее время существует несколько способов температурной компенсации:
Легирование полупроводников;
Использование константановой проволоки;
Соединение двух полупроводников с р и n-проводимостью;
Применение термочехлов для защиты от низких и высоких температур.
Тензометрические датчики имеет несколько видов исполнения, высокотемпературные и низкотемпературные. Такое оборудование предназначено для работы в экстремальных условиях окружающей среды. При их изготовлении используются специальные материалы, такие как нихром и дополнительно наносится защитные покрытия, такие как термочехол с подогревом, термостойкая обмазка из стекла и алюминия, специальный цемент, эмали.
Но полностью изолировать оборудования от влияния окружающей среды не представляется возможным, особенно если брать работу в экстремальных условиях. Наибольшая точность достигается в стабильных условиях и с применением защитных устройств и покрытий.
Официальный сайт компании АСП https://асп.рф/