л ЯННОМ баллоне, имеющем диаметр около 3 мм и длину около 20 мм, помещаются контактные пластины. Переключаемые токи составляют 5-10"* - 0,5 А при напряжениях до 220 В. Исследования, проведенные Я. В. Петерсоном, показали, что сопротивление менаду контактами в замкнутом состоянии не превышает 0,1 Ом, в разомкнутом состоянии - не менее 10* Ом, емкость между контаетами 0,4 пФ, индуктивность 0,5-1,5 мкГн. При замыкании контактов наблюдается в среднем шесть отскоков и время дребезга контактов составляет 100- 120 МКС. Дребезг контактов приводит к возникновению дополнительного шума. Кроме того, при наличии разницы температур между выводами контакта приходится учитывать термо-ЭДС, которая составляет около 40 мкВ при температурном градиенте 1 К.

Преобразователи контактного сопротивления основаны на изменении под действием давления сопротивления между проводящими эле-

Рис. 5-6

ментами, разделенными слоями полупроводящего материала. Преобразователь может быть выполнен в виде столбика из ряда слоев электропроводящей бумаги, электропроводящей резины или металлических пластин, на которые путем напыления нанесен высокоомный резистив-ный слой. Преобразователи контактного сопротивления имеют большие погрешности гистерезиса и линейности (до 10%), но очень просты конструктивно, имеют высокую надежность и достаточную выходную мощность. На рис. 5-6, б показана схематическая конструкция преобразователя, применяемого в биоэлектрическом протезе, где / - электрод; 2 - электропроводящая пластина; 5 - клей; 4 - изолятор из резины. При изменении давления от О до 10* Па сопротивление изменяется от 100 до 2 кОм при деформации чувствительного элемента до 50%, допустимая мощность рассеяния 0,5 Вт. Подобные преобра- зователи используются в тактильных датчиках роботов и манипуляторов.

5-4. РЕОСТАТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Реостатным преобразователем называют реостат, движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрическо.й величины.

Естественной входной величиной реостатных преобразователей является перемещение движка, а выходной величиной - сопротивление.

На рис. 5-7, а показано устройство реостатного преобразователя. На каркас 1 из изоляционного материала намотана с равномерным шагом проволока 2. Изоляция проволоки на верхней грани каркаса зачищается, и по металлу проволоки скользит щетка 5. Добавочная щетка 5 скользит по токосъемному кольцу 4. Обе щетки изолированы от приводного валика 6.

Реостатные преобразователи выполняются как с проводом, намотанным на каркас, так и реохордного типа. Чаще всего используется провод из различных сплавов платины, обладающих повышенной кор-

ho- ООО-

аЪ с

розионной стойкостью и износостойкостью; применяется также манганин, константан, фехраль. Микропровод позволяет выполнять миниатюрные преобразователи, имеющие габариты до 5 X 5 мм.

Формы каркасов очень разнообразны: они могут быть в виде пластины, цилиндра, кольца и т. д. Выбирая форму каркаса, можно получить определенную функциональную зависимость между перемещением и выходным сопротивлением, как показано в качестве примера на рис. 5-7, б. Выходное сопротивление реостатного преобразователя, периметр каркаса р и входное перемещение х связаны между собой

зависимостью R = \ rwp dx, где г - сопротивление 1 м провода; - о

число витков на единицу длины преобразователя. Из заданной зависимости R = (р (х) можно определить зависимость р = f (х).

Реостатные преобразователи аналогично контактным являются ступенчатыми (дискретными) преобразователями (за исключением преоб-

разователеи реохорды ого типа), поскольку непрерывному изменению входной величины соответствует ступенчатое изменение сопротивления. При перемещении движка преобразователя на расстояние соответству.ющее w виткам, будут иметь место 2w ступенек, однако эти ступеньки неодинаковы по длине преобразователя.

Рассмотрим в качестве примера выходную характеристику преобразовате,яя, включенного в режиме делителя напряжения, как показано на рис. 5-7, в. В положении 1 движок, имеющий ширину 2d, где d - диаметр витка, замыкает накоротко витки а и 6, и выходное напряжение U = nUI {ш - 2) = Unlw, где - полное число витков и п - число витков до витка а. При смещении движка на расстояние d/2, т. е. в положение 2, движок замыкает накоротко три витка а, 6 и с, и выходное напряжение (/ = Unl (w - 1); при смещении движка еще на d/2 выходное напряжение (/- = U {п+ \) Iw. Размер ступенек напряжения при перемещении движ1!;а на расстояние d/2 будет зависеть от п: первая ступенька с увеличением п увеличивается, а вторая - уменьшается, сумма остается постоянной: A£/i + AU2 = U/w. Выходное напряжение преобразователя показано на рис. 5-7, в.

Дополнительное расширение полосы неопределенности происходит за счет шума, «генерируемого» движком при его движении (вариации контактного сопротивления, временное разъединение движка и контактной дорожки, ЭДС трения и т. д.). Поэтому в целом погрешность нуля реостатных преобразователей оценивается значением dr (2/w -т- l/w).

Измерительные цепи, в которые включаются реостатные преобразователи, питаются преимущественно постоянным напряжением, но могут питаться и переменным напряжением. Напряжение питания преобразователя определяется его допустимой мощностью (для самых малогабаритных преобразователей допустимая мощность составляет не менее 0,1 Вт) и сопротивлением. Напряжение питания, как правило, стабилизируется. Наиболее распространенным является включение преобразоватедя в виде управляемого делителя напряжения или включение преобразователя в измерительный мост. Номинальное изменение сопротивления реостатного преобразователя достигает 90%, поэтому необходимо учитывать нелинейность, вносимую измерительной схемой (см. § 3-2), и, исходя из допустимой погрешности линейности, выбирать сопротивление измерительного прибора.

5-5. ТЕНЗОРЕЗИСТОРЫ

Физические основы тензорезистивного эффекта. В основе работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации. Относительное изменение сопротивления R = = pl/S при деформации резистора определяется как er = A.R/R - = Ар/р + Ы/1 + AS/S. Учитывая, что в твердом теле в зоне упругих деформаций величины поперечных и продольной деформаций связаны через коэффициент Пуассона [х как Кь = -Vi ii = Д - = АЪ/Ь), где b - поперечный размер проводника, выражение для &r можно представить в виде == А р/ р + (1 + 2\х) В/,