Traductoare rezistive şi circuite electrice de măsurare

Click here to load reader

  • date post

    31-Dec-2016
  • Category

    Documents

  • view

    279
  • download

    10

Embed Size (px)

Transcript of Traductoare rezistive şi circuite electrice de măsurare

  • Capitolul 3

    Traductoare rezistive i circuite electrice de msurare

    3.1. Traductoare rezistive metalice

    Iniial, traductoarele rezistive se obineau din fire foarte subiri din aliaje metalice cu rezistivitate mare (constantan, nichel-crom etc), fixate sub forma unor reele unidirecionale pe suporturi izolatoare din rin sau hrtie (fig.3.1,a). Datorit aspectului lor au fost numite mrci tensometrice. Extremitile firelor sunt lipite de segmente de conductori mai groi care servesc la conectarea TER n circuitele de msurare.

    Dup ce metoda tensometriei electrice rezistive i-a artat utilitatea n analiza experimental a tensiunilor i n tehnica msurrii, a fost impus o nou tehnologie de fabricaie. Se pornete de la folii metalice foarte subiri lipite pe filme din materiale izolante (rini fenolice, epoxidice etc) cu grosimi foarte mici (fig.3.1,b). Forma reelei rezult n urma unui proces de fotocorodare a foliei. Se fabric o mare diversitate de TER, cu lungimi ale reelelor ntre 0,2 i 100mm, avnd valorile standard ale rezistenelor de 120 i 350 . Filmul-suport asigur izolarea electric a reelei traductorului fa de piesa (de regul, metalic) pe care se lipete.

    a bFig. 3.1

    Rezistena electric a TER este dat de formula

    VSR

    2 == , (3.1)

    unde este rezistivitatea materialului, , S, V, lungimea, aria seciunii, respectiv, volumul firului reelei.

    19

  • Logaritmnd, rezult VlnlnlnRln += 2 . (3.2)

    Derivnd aceast relaie i introducnd notaia xdx = , se obine

    VV

    RR +=

    2

    . (3.3)

    Firul reelei se poate considera desfurat, examinndu-se ca bar solicitat axial, avnd deformaiile specifice: longitudinal x i transversale

    y , z , legate prin relaiile [B.5]:

    =x ; xzy == ; ( ) xzyxV

    V 21 =++= . (3.4)

    Substituind (3.4) n (3.3), se obine

    ( ) xRR

    21 ++= . (3.5)

    Sensibilitatea materialului reelei, definit prin expresia

    ( )

    21// ++==xx

    mRRk , (3.6)

    depinde de variaia rezistivitii cu deformaia ( ) x// i de modificarea dimensiunilor reelei exprimat prin termenul ( )21 + . Mrimea km mai este cunoscut i sub numele de coeficient de tensosensibilitate al conductorului. Valorile sensibilitii mk determinate experimental se situeaz ntre 2 i 4, pentru aliajele utilizate curent la fabricarea TER [D2] (v. tabelul 3.1). Deoarece

    6121 ,+ rezult c ( ) x// are valori ntre 0,4 i 2,4.Cea mai larg utilizare o are aliajul Ni-Cu, cunoscut sub numele de

    constantan, deoarece are caracteristic ( R/R funcie de x ) liniar ntr-un domeniu larg de deformaii, rezistivitate mare i foarte bun stabilitate termic.

    Pentru fiecare lot de fabricaie se determin experimental o constant kt , care reprezint sensibilitatea traductorului. Din relaia

    x

    tRRk

    /= , (3.7)

    rezult legea de transformare specific traductorului rezistiv

    tkRR = , (3.8)

    unde este deformaia specific longitudinal a reelei acestuia.Factorul kt are valori apropiate de 2, fiind totdeauna mai mic dect km ,

    deoarece reeaua n serpentin este mai puin sensibil la deformaie dect conductorul drept cu aceeai seciune i lungime.

    Ieirea R/R este transformat de obicei ntr-un semnal n tensiune, prin intermediul unei puni de tip Wheatstone.

    20

  • Tabelul 3.1: Sensibilitile aliajelor utilizate curent pentru fabricarea TER [D.1]Material Compoziie mk

    Constantan Ni (45%), Cu (55%) 2,1Nicrom V Ni (80%), Cr (20%) 2,1Isoelastic Ni (36%), Cr (8%), Mo (0,5%), Fe (55,5%) 3,6Karma Ni (74%), Cr (20%), Al (3%), Fe (3%) 2,0Armour D Fe (70%), Cr (20%), Al (10%) 2,0Platinum-Tungsten Pt (92%), W (8%) 4,0

    n construcia captoarelor se utilizeaz att traductoare simple (fig. 3.1) ct i duble sau cvadruple (fig. 3.2).

    a b c d eFig. 3.2

    Traductoarele multiple se realizeaz pe acelai suport, n poziii relative precise, oferind avantajul lipirii comode i rapide pe elementele elastice ale captoarelor. Sunt fabricate n serie traductoare duble cu reele paralele (fig. 3.2,a), perpendiculare, suprapuse i izolate electric ntre ele (fig. 3.2,b) sau perpendiculare alturate (fig. 3.2,c). Cele patru traductoare realizate pe suport patrat (fig. 3.2,d) sau circular (fig. 3.2,e) sunt conectate n punte complet.

    n aceast lucrare nu se vor prezenta aspecte privind lipirea, conectarea i protejarea traductoarelor, deoarece aceste operaii sunt descrise n prospectele de produs i n alte monografii [B6], [C3], [D1], [D2],[M5]. De asemenea, nu se va insista prea mult asupra caracteristicilor i performanelor traductoarelor metalice, pentru c i aceste probleme au fost analizate n detaliu n literatura de specialitate [A1],[B1], [B6], [D2], [R3].

    Valoarea maxim a deformaiei specifice care se poate msura cu un TER din folie depinde de materialele reelei i suportului. Pentru deformaii cuprinse ntre 0,5 % i 1,5 % se pot utiliza folii din aliaje Constantan i Karma pe suporturi din poliamide [D2].

    Variaiile temperaturii mediului i reelei pot influena semnalele de ieire ale traductoarelor. Puterea P disipat de traductor este transformat n cldur, ce se transfer n mediul ambiant. n expresia

    RIRUP 22

    == , (3.9)

    21

  • intervin R rezistena traductorului, U , I tensiunea i intensitatea curentului care trece prin reeaua acestuia.

    Disiparea cldurii este influenat de urmtorii factori:- dimensiunile i configuraia reelei; - materialul i grosimea suportului; - tipul de adeziv i grosimea acestuia; - materialul i volumul elementului elastic al captorului; - tipul i grosimea stratului de protecie contra umiditii.

    Un parametru utilizat adesea pentru a caracteriza disiparea cldurii este densitatea de putere

    APPD = , (3.10)

    unde A este aria seciunii reelei traductorului.Tensiunea maxim de alimentare a unei puni Wheatstone cu patru

    TER se calculeaz cu formula RPAU Da 4= . (3.11)

    La evaluarea sensibilitii traductorului rezistiv trebuie s se in seam de efectul de integrare al acestuia, care face ca deformaia specific , dedus din relaia (3.8)

    RR

    kt

    = 1 , (3.12)

    s fie o valoare mediat pe lungimea o a reelei.Rspunsul traductorului, care preia deformaii specifice )(xx = ,

    variind pe lungimea 12 xxo = (fig. 3.3), se poate calcula cu relaia [B1]

    x)x(xx

    x

    xx d

    1 2

    112

    = . (3.13)

    Fig. 3.3 Fig. 3.4

    22

  • Pentru ca valoarea mediat s fie mai mare se recomand utilizarea unor TER cu baz o ct mai mic (fig. 3.4), amplasate pe elementul elastic al captorului pe direciile i n locurile cu deformaii specifice extreme.

    Situaia ideal, cnd deformaia specific sub reeaua TER este cons-tant i de modul maxim, apare la barele de egal rezisten [B5].

    Identificarea celor mai convenabile locuri pentru poziionarea traduc-toarelor pe elementele elastice ale captoarelor este unul dintre principalele obiective ale proiectantului.

    3.2. Traductoare rezistive cu semiconductoare

    Materiale semiconductoare, precum germaniul i siliciul, posed proprietatea de piezorezistivitate, care se manifest prin schimbarea rezistivitii atunci cnd sunt supuse solicitrii mecanice. Aceste elemente sunt tetravalente, adic au patru electroni de valen pe ultima orbit a atomului. Aceti electroni formeaz legturi covalente cu electronii atomilor vecini.

    Germaniul i siliciul n stare pur se comport ca izolatori, deoarece nu au electroni liberi care s permit transmiterea unui curent electric. Prin adugarea unor mici cantiti de materiale cu alt valen, numite impuriti, elementele amintite devin conductoare. Astfel, dac se introduce un element pentavalent (fosfor, stibiu, arsen), patru dintre electronii de valen se vor fixa n legturi intra-atomice cu electronii elementului tetravalent, iar al cincilea electron rmne liber i poate fi deplasat sub aciunea unui cmp electric. Conductibilitatea electric este datorat sarcinilor negative, de aceea, semi-conductorul astfel tratat (dopat), este numit de tip n. Dac se introduc n materialul tetravalent impuriti de elemente trivalente (galiu, indiu, bor), el devine conductor datorit golurilor, adic numrului de electroni care lipsesc pentru a completa reeaua elementului de baz (tetravalent). Sub aciunea unui cmp electric golurile smulg electroni de la atomii vecini, crend alte goluri n reea. Semiconductoarele la care conductibilitatea se realizeaz prin deplasarea golurilor (echivalente cu sarcini pozitive), se numesc de tip p. De regul, semiconductoarele conin impuriti de ambele tipuri, dar unele au concentraie mai mare. Traductorul tensometric cu semiconductor (TES) const dintr-un filament subire (de regul, un monocristal de siliciu tratat cu impuriti i orientat) fixat pe un suport protector din rin epoxidic. n figura 3.5 sunt prezentate patru tipuri de traductoare. Primele trei, cu monocristal, difer prin poziiile conductorilor de legtur, iar ultimul este un traductor dublu, constnd dintr-un cristal p i unul n, legate n semipunte.

    De regul, pentru lipirea TES pe piese care suport solicitri mecanice ce trebuie evaluate, se utilizeaz aceiai adezivi ca i n cazul traductoarelor metalice.

    Traductoarele cu semiconductoare au sensibilitate la deformaie mult mai mare dect cele metalice. n funcie de tipul i cantitatea de impuriti introduse n cristalul de siliciu pur, constantele traductoarelor pot avea valori foarte mari, cuprinse ntre 50 i 175.

    23

  • Fig. 3.5

    Totui TES au i dezavantaje precum: comportamentul neliniar, compensarea dificil a erorilor introduse de variaiile de temperatur, necesitatea de a se lipi numai pe suprafee plane (datorit fragilitii filamentului).

    Rezistivitatea a unui monocristal de siliciu cu o concentraie a impuritilor de ordinul 1016 - 1020 atomi/cm3 este dat de relaia

    Ne1= , (3.14)

    unde e sarcina electronului, determinat de tipul de impuriti,N numrul purttorilor de sarcin, dependent de concentraia

    impuritilor, - mobilitatea medie a purttorilor de sarcin.Prin solicitare mecanic se modific N i . Mobilitatea purttorilor de

    sarcin depinde de mrimea deformaiei i de direcia acesteia n raport cu axele cristalului.

    Efectul piezorezistiv se explic prin influena mrimii i direciei deformrii mecanice asupra energiilor relative ale benzilor de conducie i de valen. Pe dou direcii ortogonale din cristal mobilitatea purttorilor variaz n sensuri contrare (crete pe o direcie i scade pe cealalt). Mobilitile pot avea valori egale i de semne contrare pe diferite direcii, ceea ce permite fabricarea unor traductoare cu compensare intrinsec a efectelor variaiilor de temperatur.

    Sensibilitatea la deformaie a traductorului piezorezistiv (cu rezistena Rs) este dat de o relaie de forma [D2]

    +2+1=

    = ER/R

    kx

    sss , (3.15)

    n care E , , sunt, respectiv, modulul de elasticitate longitudinal, coefi-cientul Poisson i coeficientul piezorezistiv longitudinal al semiconductorului.

    Anterior s-a stabilit relaia (3.6), similar cu (3.15), valabil pentru un conductor metalic. n cazul traductoarelor metalice + 21 1,6 iar termenul ( ) x// este cuprins ntre 0,4 i 2,4 .

    24

  • Termenul ( 21 + ) din (3.15) reprezint variaiile dimensionale ale cristalului, iar E reflect variaia rezistivitii ca urmare a solicitrii mecanice. Pentru traductoarele cu semiconductoare, E se poate situa ntre 40 i 200, n funcie de tipul i concentraia impuritilor, de direcia cristalin pe care acioneaz solicitarea i de rezistivitate, iar + 21 1,6. Practic

    Eks . (3.16)Siliciul cristalizeaz ntr-un sistem cubic cu fee centrate, fiind izotrop n

    aceast stare. Dac este solicitat mecanic devine anizotrop i conductivitatea crete sau scade pe diferitele direcii cristaline. Se msoar rezistena electric a cristalului pe direcia de variaie maxim a conductivitii (direcia [111] pentru siliciul tip p i [100] pentru siliciul tip n).

    Coeficientul ks este pozitiv pentru tipul p i negativ pentru tipul n, iar valoarea sa depinde de mai muli factori: tip de impuriti i nivelul de dopaj, temperatur, solicitare mecanic.

    Datorit faptului c sensibilitatea traductorului tensometric semicon-ductor este variabil, relaia dintre ss R/R i deformaia specific = x este neliniar.

    Pentru materiale semiconductoare uor dopate (sub 1019 atomi/cm3), sensibilitatea la deformaie se exprim n funcie de temperatur (T ) i de solicitarea mecanic ( ), prin relaia

    +

    +

    += 2

    30

    2

    20

    100

    TT

    CTT

    CkTT

    k ss , (3.17)

    unde 0sk este sensibilitatea iniial, la temperatura ambiant T0 = 294 K, C1 , C2 sunt constante ce depind de tipul i concentraia impuritilor i de orientarea elementului sensibil al traductorului fa de axele cristalului din care este tiat.

    n figura 3.6 se arat variaia sensibilitii ks n funcie de concentraia impuritilor pentru siliciul de tip p. Cnd concentraia de impuriti crete de la 1016 la 1020 atomi/cm3, sensibilitatea traductorului scade de la 155 la 50, dar se reduce i influena temperaturii asupra acesteia [D2].

    Efectul concentraiei impuritilor asupra variaiei de rezisten, n funcie de temperatur, pentru siliciul de tip p, este evideniat n figura 3.7.

    Se observ c efectele termice sunt minime la concentraii de 1019 atomi/cm3, pentru care se asigur ks =100 (v. fig. 3.6).

    Compensarea efectului termic nu este posibil pentru traductorul cu un singur element semiconductor de tip p. Exist dou posibiliti de compensare termic prin utilizarea materialelor rezistive de tip n (cu sensibilitate negativ).

    n prima variant se realizeaz un traductor dublu (fig. 3.5,d ), care const dintr-un element de tip p i altul de tip n, cu aceeai sensibilitate la temperatur, care se conecteaz n dou brae adiacente ale punii Wheatstone utilizat la msurare.

    25

  • Fig. 3.6

    Fig. 3.7

    Aa cum se va arta n paragraful urmtor, acest montaj are proprietatea de a scdea efectele din braele adiacente. Astfel se obine un semnal de ieire proporional cu dublul deformaiei specifice aplicat traductorului, neafectat de variaiile de temperatur. Traductoarele duble au i avantajul unei sensibiliti mrite, ks fiind cuprins ntre 220 i 265.

    O a doua posibilitate de compensare termic la elementele simple este de a utiliza materiale de tip n, ale cror rezistene cresc cu temperatura astfel nct s compenseze efectele deformaiilor parazite produse de dilatrile pieselor pe care sunt lipite traductoarele.

    Prin controlul concentraiei de impuriti se obin traductoare cu semiconductoare care asigur compensarea n cazul lipirii acestora pe piese din materiale cu coeficieni de dilatare avnd valorile 7,210-6, 10,810-6, 16,210-6, 12,610-6 [oC]-1.

    26

  • Ecuaia (3.17) evideniaz o dependen neliniar ntre rspunsul traductorului i deformaia specific pe care o suport. Totui, dup cum rezult din figura 3.8, neliniaritatea este semnificativ pentru materiale piezorezistive cu concentraie redus de impuriti.

    Prin creterea concentraiei de impuriti la 1019 - 1020 atomi/cm3, neliniaritatea este diminuat considerabil. Se recomand ca traductoarele de tip p s fie solicitate la ntindere, iar cele de tip n, la compresiune.

    Fig. 3.8

    Micile elemente sensibile ale TES, obinute prin secionarea monocristalelor de siliciu, sunt aduse la dimensiunile finale prin corodare. Siliciul este casant i cedeaz prin rupere fragil la deformaii specifice de aproximativ 3000 m/m. Pentru a se evita suprasolicitarea traductoarelor, acestea vor fi lipite pe suprafee plane sau de curbur mic.

    Rezistena la oboseal a traductoarelor cu semiconductoare este mult mai redus dect a celor metalice. De aceea, TES se utilizeaz n studiul solicitrilor variabile numai dac tensiunile au oscilaii mici.

    Captoarele cu TES asigur semnale de ieire de circa 100 ori mai mari dect cele cu traductoare metalice. Semnalele de ieire se pot mri sensibil prin conectarea n puni Wheatstone a unor TES cu constante negative i pozitive. n producia curent de traductoare se utilizeaz monocristale de siliciu ultrapur. Borul se folosete pentru obinerea traductoarelor de tip p, cu coeficient de tensosensibilitate pozitiv, iar arsenul n producia celor cu coeficient negativ (de tip n).

    Rezistivitatea traductoarelor de tip p cu siliciu este de circa 500 m, adic de 1000 de ori mai mare dect cea a constantanului (0,49 m). De aceea, TES nu au form de gril, ci de bastonae paralelipipedice subiri cu limi de 0,1 0,5 mm, grosimi de 0,01 0,05 mm i lungimi de 2 - 7 mm. Terminalele se realizeaz din cupru, argint sau nichel.

    27

  • Datorit sensibilitii mari, se recomand utilizarea traductoarelor cu semiconductoare n urmtoarele situaii: pentru msurarea deformaiilor foarte mici ( < 108 ); n sistemele de control i reglare automat, dac se cere un semnal de ieire mare la bornele senzorului; pentru msurarea deformaiilor cu aparatur simpl, fr amplificare.

    Traductoarele cu semiconductoare pot fi utilizate la fabricarea unor captoare miniaturizate cu semnal mare la ieire i cu frecven natural nalt. De regul, acestea sunt destinate msurrii presiunilor, aceleraiilor, forelor i deplasrilor foarte mici.

    3.3. Circuite electrice de msurare

    Adaptoarele de semnal sunt concepute astfel nct s permit urmrirea ct mai fidel a micilor variaii de rezisten ale TER, produse de deformaiile preluate de la elementele elastice pe care sunt lipite.

    n componena adaptoarelor se pot identifica dou pri distincte: un circuit de msurare de tip punte Wheatstone (numit punte tensometric) n braele creia se conecteaz traductoarele i un bloc de amplificare i conversie n semnal util.

    3.3.1. Puntea Wheatstone alimentat la tensiune constant

    n cele patru brae ale punii se pot conecta traductoare rezistive i/sau rezistene calibrate. Configuraiile uzuale sunt cele prezentate n figura 3.9:a) sfert de punte (fig. 3.9, a), cu un traductor i trei rezistene calibrate;b) semipunte (fig. 3.9, b), cu dou traductoare i dou rezistene calibrate;c) punte complet (fig. 3.9, c), cu patru traductoare.

    Dup cum este cunoscut [B6], [D1] schema de montaj se alege n funcie de tipul msurrii i de precizia cerut, profitnd de proprietatea punii Wheatstone de a nsuma efectele din braele opuse i de a le scdea pe cele din braele adiacente.

    Se consider montajul cu patru rezistene reglabile (fig 3.10), alimentat n curent continuu, la tensiunea constant Ua . Aplicnd circuitului legile lui Kichhoff, cnd rezistenele au valorile R1 , R2 , R3 , R4 , se determin tensiunea de ieire Ue [D1]:

    ae URRRRRRRR

    U)+()+(

    -=

    4321

    4231 . (3.18)

    Puntea este echilibrat, adic semnalul de ieire este nul ( 0=eU ), dac 4231 RRRR = . (3.19)Dac rezistenele Ri sufer variaiile Ri va rezulta o variaie de

    semnal eU care, conform (3.18) are expresia

    28

  • ae URRRRRRRRRRRRRRRR

    U))(())(())((

    44332211

    44223311

    ++++++++++

    = . (3.20)

    Efectund produsele, neglijnd infiniii mici de ordin superior i innd seam de (3.19) se obine

    ae URR

    RR

    RR

    RR

    rrU

    +

    +

    =4

    4

    3

    3

    2

    2

    1

    12)1(

    , (3.21)

    unde 12 / RRr = .

    Fig. 3.9

    Dependena liniar (3.21) dintre semnalul de ieire i variaiile rezistenelor este aparent, deoarece fr negljarea unor cantiti mici, din (3.20) rezult relaia

    ( ) ae URR

    RR

    RR

    RR

    rrU

    +

    +

    = 1)1( 4

    4

    3

    3

    2

    2

    1

    12 , (3.22)

    n care intervine

    +

    +

    +

    ++

    =

    3

    3

    2

    2

    4

    4

    1

    1

    11

    1

    RR

    RR

    rRR

    RR

    r

    . (3.23)

    n majoritatea cazurilor practice 4321 RRRR === , rezultnd 1=r i

    +

    =

    ==2/

    4

    1

    4

    1 i i

    i

    i i

    i

    RR

    RR

    . (3.24)

    29

  • Din (3.22), se deduce c 100 se poate considera drept eroare procentual ce se nregistreaz la evaluarea semnalului cu formula (3.21).

    n montaj sfert de punte (fig.3.9,a), rezistena traductorului R1 variaz cu R1 , iar celelalte sunt fixe (R2=R3=R4=0), astfel c din (3.23) se obine

    11 /11

    1

    RRr

    ++

    =. (3.25)

    n figura 3.11 este prezentat grafic variaia erorii procentuale 100 n funcie de R1 /R1 . Dac R1 /R1 < 0,02 , eroarea de neliniaritate este sub 1%.

    Din (3.21), innd seam de (3.8), rezult sensibilitatea punii cu un singur traductor activ (cu rezistena R1 i constanta kt ):

    atae

    p Urrk

    RR

    rrUUS

    +=

    +=

    = 2

    1

    12

    111 )1()1(

    , (3.26)

    n care 1 este deformaia specific de msurat.

    Fig. 3.10 Fig. 3.11

    Din ultima relaie rezult c exist urmtoarele posibiliti de mrire a sensibilitii circuitului de msurare:

    1) utilizarea unor TER cu constante kt de valori mari, de exemplu, traductoare cu semiconductoare;

    2) mrirea tensiunii de alimentare Ua pn la limita admis, indicat de ctre productori, pentru fiecare tip de TER.

    3) constituirea punilor din rezistene egale ( 4321 RRRR === ), deoarece, pentru 1/ 12 == RRr , dup cum rezult din figura 3.12, eficiena

    circuitului de msurare exprimat prin raportul 2)1( rr

    + devine maxim.

    Pentru 1=r , din relaia (3.26), se obine

    ate

    p UkU

    S41

    11 =

    =

    . (3.27)

    30

  • De asemenea, sensibilitatea crete proporional cu numrul de traductoare active. Din relaia (3.21) rezult: - pentru montaj n semipunte cu dou TER identice ( 21 RR = , 1=r )

    ( ) atae UkURR

    RR

    rrU 21

    2

    2

    1

    12 4

    1)1(

    =

    +

    = ; (3.28)

    - pentru punte complet cu patru TER identice ( 4321 RRRR === , 1=r )

    ( ) atae UkURR

    RR

    RR

    RR

    rrU 4321

    4

    4

    3

    3

    2

    2

    1

    12 4

    1)1(

    +=

    +

    +

    = . (3.29)

    Fig. 3.12 Fig. 3.13

    Dac traductoarele, conectate n punte complet, sunt lipite n aceeai seciune, pe o lamel elastic paralelipipedic solicitat la ncovoiere (fig. 3.13), atunci 4321 === i din ultima relaie rezult ate UkU 1= ; (3.30)

    ate

    p UkU

    S =

    =1

    4 . (3.31)

    Totui, mai frecvent sensibilitatea unui captor Sp se definete ca raport ntre semnalul de ieire i tensiunea de alimentare, msurndu-se n mV/V.

    Pentru montaj n punte complet cu patru TER identice

    ( )432141 +=

    = t

    a

    ep kU

    US , (3.32)

    iar dac 4321 === , rezult

    14 ta

    ep kU

    US =

    = . (3.33)

    Montajul n sfert de punte (fig. 3.9,a) se utilizeaz n msurri dinamice. Rezistena R1 este cea a traductorului, iar celelalte trei sunt alese astfel nct

    31

  • s se maximizeze sensibilitatea circuitului. La captoare se constituie puni complete cu 4, 8 sau 16 traductoare active. Montajele n semipunte se utilizeaz mai rar i pot conine, n brae adiacente (fig. 3.9,b), dou traductoare active sau unul activ i altul inactiv (nesolicitat), introdus n circuit pentru compensarea efectului variaiei de temperatur. Aflndu-se n aceleai condiii ambiante traductoarele sufer aceleai deformaii termice.

    Puntea Wheatstone (complet sau semipunte) scade efectele din braele adiacente, eliminnd efectele parazite ale dilatrii elementelor elastice ale captoarelor [D1].

    Problema aducerii semnalului de ieire la o valoare standardizat sau dorit se rezolv practic prin introducerea unor rezistene adiionale n trepte, ajustabile prin tiere (fig. 3.14). Rezistena ajustabil din cupru, introdus ntre braele 3 i 4 ale punii, are rolul de a compensa acele abateri de la zero datorate variaiilor de temperatur, care nu au fost eliminate prin montajul n punte complet sau semipunte, abateri care exist deoarece TER nu sunt perfect identice. Echilibrarea punii la sarcin nul se poate realiza prin introducerea unui rezistor de compensaie, constnd dintr-o rezisten dublu ajustabil, ntre braele 1 i 2 ale punii. Domeniul semnalului de ieire se poate corecta reducnd tensiunea Ua prin introducerea unor rezistene ajustabile n serie cu bateria de alimentare.

    Fig. 3.14

    32

    Tabelul 3.1: Sensibilitile aliajelor utilizate curent pentru fabricarea TER [D.1]MaterialMicile elemente sensibile ale TES, obinute prin secionarea monocristalelor de siliciu, sunt aduse la dimensiunile finale prin corodare. Siliciul este casant i cedeaz prin rupere fragil la deformaii specifice de aproximativ 3000 m/m. Pentru a se evita suprasolicitarea traductoarelor, acestea vor fi lipite pe suprafee plane sau de curbur mic. Rezistena la oboseal a traductoarelor cu semiconductoare este mult mai redus dect a celor metalice. De aceea, TES se utilizeaz n studiul solicitrilor variabile numai dac tensiunile au oscilaii mici.