Номинальный ряд сопротивлений: Справочник номинальных значений сопротивлений резисторов. Ряды номиналов радиодеталей

обозначения, таблицы, возможности расшифровки резисторов

В начале XX века все сопротивления имели очень широкие производственные допуски, что было крайне неудобно и вызывало множество негативных последствий. В связи с этим необходимо было искать пути решения проблемы, так как электротехника развивалась семимильными шагами. Но лишь в 1952 году были приняты номиналы сопротивлений. И это позволило по-новому взглянуть на мир электроники, что дало новый толчок в её развитии.

• Общее понятие
  • Обозначение на схемах
  • Номинальный ряд
• Таблица номиналов
• Цветовая маркировка и кодовые значения
• SMD резисторы

Общее понятие

Резисторы выступают в роли пассивного элемента электроцепи, но используются практически в каждой из них. Обладая постоянным или переменным сопротивлением, они преобразовывают напряжение в силу тока или наоборот, поскольку, согласно закону Ома, эти величины напрямую связаны с сопротивлением.

Таким образом, основным параметром резисторов будет выступать электрическое сопротивление, которое принято измерять в Омах.

Обозначение на схемах

На схемах эти элементы могут обозначаться по-разному, в зависимости от страны и номинальной мощности рассеивания. Но в основу заложены простейшие формы, представленные на рисунке.

И если со странами всё понятно, то мощность рассеивания может вызвать вопросы. А это, не что иное, как мощность, которую сможет рассеять сопротивление без вреда для себя. Ведь во время протекания электричества через резистор образуется мощность, которая его нагревает. Если она выше допустимой величины, то последует его перегрев, что приведёт к выходу детали из строя.

Помимо стандартного обозначения, возможны некоторые вариации для более точного отображения номинала. Так, в прямоугольнике, схематически обозначающем сопротивление, могут находиться римские цифры или полоски:

• Три наклонные обозначают, что резистор 0,05 Вт;
• Две наклонные – 0,125 Вт;
• Одна наклонная полоса – 0,25 Вт;
• Одна горизонтальная полоска – 0,5 Вт;
• Римская 1 – 1 Вт;
• Римская цифра 2 – 2 Вт;
• Римская 5 – 5 Вт.

Номинальный ряд

Ненормированные допуски в широком поле обуславливали проблемы с подбором сопротивлений и последующей их заменой. И все эти неудобства вынудили прибегнуть к образованию номинального ряда, в результате чего были установлены общие для производства резисторов номинальные допуски.

Чтобы понять ценность образования такого ряда, можно в качестве примера взять сопротивление на 100 Ом, которое имеет номинальное отклонение в 10%. Например, в конкретном случае необходим резистор на 105 Ом. Но, учитывая десятипроцентное отклонение от ста Ом в обе стороны, несложно понять, что это же сопротивление подойдёт и для требуемых 105 Ом, а это исключает необходимость делать деталь для этого значения.

Однако рациональнее будет сделать резистор на 120 Ом, так как при номинальном отклонении в 10% он будет покрывать значения от 108 до 132 Ом.

И это куда более удобно, ведь те же 100 и 105 Ом будут входить в этот интервал.

А помимо них, сюда смогут войти и множество других.

Таблица номиналов

Если следовать такой логике, то при номинальном отклонении сопротивления в 10% с диапазоном от 100 до 1000 Ом смогут покрыть множество значений: 100, 120, 150 и так далее, со стандартным округлением. Причём все они относятся к маркировочному обзначению Е12.

Отношение к номинальному ряду EIA здесь показывает буква «Е». А цифра, следующая за ней, указывает, сколько логарифмических шагов будет содержать диапазон от 100 до 1000.

Приведённая таблица номиналов резисторов отображает значения сопротивлений 100-1000. Когда необходимо узнать другие диапазоны, то высчитать их несложно действиями деления или умножения.

Между сериями могут быть определённые отличия:

• Е6 – подразумевает допуск в 20%;
• Е12 – 10%;
• Е24 – 5 и 2%;
• Е48 – 2%;
• Е96 – имеет допуск в 1%;
• Е192 – указывает на значения 0,5%, 0,25%, 0,1% и выше.

Цветовая маркировка и кодовые значения

Большинство современных резисторов из-за слишком миниатюрных габаритов часто маркируют цветовыми полосками. Их может быть 4, 5 и реже 6. Цвета на них наносятся далеко не для красоты, и каждый из них имеет своё индивидуально значение, благодаря которому можно легко узнать все данные по сопротивлению:

• Первые две полоски указывают на номинальное сопротивление.
• Если полоски три или четыре, то третья указывает множитель.
• Четвёртая говорит о точности сопротивления.

Максимально точно узнать какой резистор имеется в наличии, можно с помощью онлайн-калькуляторов или благодаря таблице цветов резисторов.

Если обозначение пятиполосное, то:

• Первые три полосы – значение сопротивления.
• Четвёртая – данные по множителю.
• Пятая – указание точности.

Новичков часто интересует, с какой стороны считать полоски. За первую принято принимать ту, которая ближе находится к краю. Не бывают первыми полоски золотистого цвета. Это даёт дополнительную возможность определить начало отсчёта с некоторыми резисторами.

Для обозначения номинала резисторов могут использоваться буквенно-цифровые кодировки. Четыре-пять символов способны передать всю необходимую для пользователя информацию. Номинал резистора здесь укажут первые знаки. Это может быть несколько цифр и одна буква. Буква указывает на положение запятой в десятичном исчислении, а также множитель. Символ, стоящий на конце, указывает на отклонение.

SMD резисторы

Резисторы SMD ввиду своих незначительных размеров имеют индивидуальную маркировку. Это могут быть как цифры, так и цифры с буквами. Обозначения встречаются

в трёх вариациях:

1. Три цифры – два первых знака покажут значение сопротивления, а последний — множитель.
2. Четыре цифры – три начальные из них указывают сопротивление резистора, а четвёртая расскажет о множителе.
3. Две цифры и символ – в первых двух цифрах скрывается показатель сопротивления, но для их расшифровки потребуется воспользоваться таблицей. Символ же обозначит множитель.

Учитывать необходимо и букву, которая указывает множитель: S=10¯²; R=10¯¹; B=10; C=10²; D=10³; E=10⁴.

Определить номинал резистора совсем несложно, если знать, как это сделать. Опытные электронщики многую информацию держат в голове ввиду большого опыта и регулярного контакта с электродеталями.

Что же касается любителей и новичков, то для них значительно проще определить номинал деталей с помощью таблиц, которые можно распечатать и всегда держать под рукой, или онлайн-калькуляторов, помогающих точно определить параметры детали.

Ряды номиналов радиодеталей | это… Что такое Ряды номиналов радиодеталей?

Графическое представление ряда номиналов резисторов Е12

Номиналы промышленно выпускаемых радиодеталей (сопротивление резисторов, ёмкость конденсаторов, индуктивность небольших катушек индуктивности) не являются произвольными. Существуют специальные ряды номиналов, представляющие собой множества значений от 1 до 10. Номинал детали определённого ряда является произвольным значением из соответствующего множества, умноженным на произвольный десятичный множитель (10 в целой степени). Например: резистор из ряда

E12 может иметь один из следующих номиналов (сопротивлений):

• 1,2 Ом
• 12 Ом
• 120 Ом
• …
• 1,2 МОм
• 12 МОм

Номинальные ряды E6, E12, E24

Название ряда указывает общее число элементов в нём, т. е. ряд E24 содержит 24 числа в интервале от 1 до 10, E12 — 12 чисел и т. д.

Каждый ряд соответствует определённому допуску в номиналах деталей. Так, детали из ряда E6 имеют допустимое отклонение от номинала ±20 %, из ряда E12 — ±10 %, из ряда E24 — ±5 %. Собственно, ряды устроены таким образом, что следующее значение отличается от предыдущего чуть меньше, чем на двойной допуск.

Значения номиналов для некоторых рядов приведены в таблице:

Номинальные ряды E3, E6, E12, E24

E3	E6	E12	E24
1,0	1,0	1,0	1,0
			1,1
		1,2	1,2
			1,3
	1,5	1,5	1,5
			1,6
		1,8	1,8
			2,0
2,2	2,2	2,2	2,2
			2,4
		2,7	2,7
			3,0
	3,3	3,3	3,3
			3,6
		3,9	3,9
			4,3
4,7	4,7	4,7	4,7
			5,1
		5,6	5,6
			6,2
	6,8	6,8	6,8
			7,5
		8,2	8,2
			9,1

Видно, что ряд E12 получается вычёркиванием из ряда E24 каждого второго номинала, аналогично, E6 получается вычёркиванием из E12 каждого второго номинала.

Простая формула для получения значений номиналов: V(n) = Round(100*exp((n-1)/N*ln(10))), где V(n) значение n-го номинала в классе E-N (N=192,96,48,24,12,6,3).

Принципы построения рядов

Ряд E24 приблизительно представляет собой геометрическую прогрессию со знаменателем 10^1/24. Другими словами, в логарифмическом масштабе элементы этого ряда делят отрезок от 1 до 10 на 24 равные части. По некоторым, видимо историческим, соображениям некоторые элементы отличаются от идеальной прогрессии, хотя и никогда не больше, чем на 2,5 %. Номинальные ряды с меньшим количеством элементов получаются вычёркиванием элементов из ряда E24 через один. Номиналы из этих рядов образуют примерно геометрическую прогрессию со знаменателем 10^1/12 (E12), 10^1/6 (E6), 10^1/3 (E3). Ряд E3 практически не применяется. Номинальные ряды с большим числом элементов образуют уже абсолютно точную геометрическую прогрессию со знаменателем 10^1/n, где n — число элементов ряда. (1/m), где m — номер ряда, а n=0;1;2;…;m-1. (Бодиловский В.Г., Смирнов М.А. Справочник молодого радиста. Изд. 3-е. перераб. и доп. М, «Высш. школа», 1976)

Номинальные ряды с большим числом элементов

Ряд E48 соответствует относительной точности ±2 %, E96 — ±1 %, E192 — ±0,5 %. Хотя элементы этих рядов образуют строгую геометрическую прогрессию со знаменателями 10^1/48 ≈ 1,04914, 10^1/96 ≈ 1,024275, 10^1/192 ≈ 1,01206483 и легко могут быть вычислены на калькуляторе, тем не менее для удобства приведём и эти ряды.

Номинальные ряды E48, E96, E192

E48	E96	E192		E48	E96	E192		E48	E96	E192		E48	E96	E192		E48	E96	E192		E48	E96	E192
1,00	1,00	1,00		1,47	1,47	1,47		2,15	2,15	2,15		3,16	3,16	3,16		4,64	4,64	4,64		6,81	6,81	6,81
		1,01				1,49				2,18				3,20				4,70				6,90
	1,02	1,02			1,50	1,50			2,21	2,21			3,24	3,24			4,75	4,75			6,98	6,98
		1,04				1,52				2,23				3,28				4,81				7,06
1,05	1,05	1,05		1,54	1,54	1,54		2,26	2,26	2,26		3,32	3,32	3,32		4,87	4,87	4,87		7,15	7,15	7,15
		1,06				1,56				2,29				3,36				4,93				7,23
	1,07	1,07			1,58	1,58			2,32	2,32			3,40	3,40			4,99	4,99			7,32	7,32
		1,09				1,60				2,34				3,44				5,05				7,41
1,10	1,10	1,10		1,62	1,62	1,62		2,37	2,37	2,37		3,48	3,48	3,48		5,11	5,11	5,11		7,50	7,50	7,50
		1,11				1,64				2,40				3,52				5,17				7,59
	1,13	1,13			1,65	1,65			2,43	2,43			3,57	3,57			5,23	5,23			7,68	7,68
		1,14				1,67				2,46				3,61				5,30				7,77
1,15	1,15	1,15		1,69	1,69	1,69		2,49	2,49	2,49		3,65	3,65	3,65		5,36	5,36	5,36		7,87	7,87	7,87
		1,17				1,72				2,52				3,70				5,42				7,96
	1,18	1,18			1,74	1,74			2,55	2,55			3,74	3,74			5,49	5,49			8,06	8,06
		1,20				1,76				2,58				3,79				5,56				8,16
1,21	1,21	1,21		1,78	1,78	1,78		2,61	2,61	2,61		3,83	3,83	3,83		5,62	5,62	5,62		8,25	8,25	8,25
		1,23				1,80				2,64				3,88				5,69				8,35
	1,24	1,24			1,82	1,82			2,67	2,67			3,92	3,92			5,76	5,76			8,45	8,45
		1,26				1,84				2,71				3,97				5,83				8,56
1,27	1,27	1,27		1,87	1,87	1,87		2,74	2,74	2,74		4,02	4,02	4,02		5,90	5,90	5,90		8,66	8,66	8,66
		1,29				1,89				2,77				4,07				5,97				8,76
	1,30	1,30			1,91	1,91			2,80	2,80			4,12	4,12			6,04	6,04			8,87	8,87
		1,32				1,93				2,84				4,17				6,12				8,98
1,33	1,33	1,33		1,96	1,96	1,96		2,87	2,87	2,87		4,22	4,22	4,22		6,19	6,19	6,19		9,09	9,09	9,09
		1,35				1,98				2,91				4,27				6,26				9,19
	1,37	1,37			2,00	2,00			2,94	2,94			4,32	4,32			6,34	6,34			9,31	9,31
		1,38				2,03				2,98				4,37				6,42				9,42
1,40	1,40	1,40		2,05	2,05	2,05		3,01	3,01	3,01		4,42	4,42	4,42		6,49	6,49	6,49		9,53	9,53	9,53
		1,42				2,08				3,05				4,48				6,57				9,65
	1,43	1,43			2,10	2,10			3,09	3,09			4,53	4,53			6,65	6,65			9,76	9,76
		1,45				2,13				3,12				4,59				6,73				9,88

Как читать значения резисторов

Если вы думаете, что эти разноцветные полосы на ваших резисторах просто для галочки, подумайте еще раз! Эти полосы говорят вам значение резистора. Прежде чем вы сможете расшифровать значение резистора, вам нужно немного больше узнать о резисторах.

Существует два основных типа резисторов:

• Стандартные резисторы имеют четыре цветные полосы. Три полосы говорят вам о номинальном значении , что означает значение, на которое рассчитан резистор. Четвертая полоса говорит вам допуск резистора, который указывает, насколько далеко от номинального значения может быть фактическое сопротивление. (Производственный процесс не идеален, поэтому большинство резисторов немного не соответствуют требованиям.)

  Например, вы можете купить, как вам кажется, резистор на 100 Ом, но фактическое сопротивление, скорее всего, не точно равно 100 Ом. Это может быть 97 или 104 Омега, или какое-то другое значение, близкое к 100 Омега. Для большинства схем «закрыть» достаточно.

• Прецизионные резисторы , которые имеют более точные значения, чем стандартные резисторы, имеют пять цветовых полос. Четыре полосы сообщают вам номинальную стоимость. Пятая полоса говорит вам о допуске.

  Вы можете рассчитывать на то, что фактическое сопротивление прецизионного резистора действительно близко к его номинальному значению. Итак, если вы покупаете прецизионный резистор 100 Ом, скорее всего, его фактическое значение находится в пределах 1 или 2 от 100 Ом.

На следующем рисунке показана схема цветового кода стандартного (четырехполосного) резистора. Вы используете этот цветовой код, чтобы определить номинальное значение и допуск стандартного резистора.

Расшифровка номинала резистора

Вот как можно использовать цветовой код для определения номинального значения резистора (см. рисунок):

1. Решите, какая полоса будет первой.

   Сравните концы резистора. Обычно цветная полоса на одном конце ближе к этому концу, чем цветная полоса на другом конце. В этом случае полоса, ближайшая к одному концу резистора, является первой полосой.

   Если вы не можете определить, какая полоса первая, посмотрите на две крайние полосы. Если одна из внешних полос серебряная или золотая, эта полоса, вероятно, последняя, ​​поэтому первая полоса находится на другом конце.

2. Найдите цвет первой полосы в столбце с надписью «1-я цифра» и найдите число, связанное с этим цветом.

   Это число является первой цифрой сопротивления. В резисторе, показанном на предыдущем рисунке, первая полоса желтая, поэтому первая цифра — 4.

3. Найдите цвет второй полосы в столбце с надписью «2-я цифра» и найдите число, связанное с этим цветом.

   Это число является второй цифрой сопротивления. В резисторе, показанном на предыдущем рисунке, вторая полоса — фиолетовая, поэтому вторая цифра — 7,9.0003

4. Найдите цвет третьей полосы в столбце с надписью «X» и найдите число, связанное с этим цветом.

   Это число является множителем. В резисторе, показанном на предыдущем рисунке, третья полоса коричневая, поэтому множитель равен 10 ¹ (что равно 10).

5. Поместите первые две цифры рядом, чтобы получить двузначное число.

   Для резистора, показанного на предыдущем рисунке, первые две цифры — 4 и 7, поэтому двузначное число — 47.

6. Умножьте двузначное число на множитель.

   Это дает вам номинальное значение резистора в омах. В резисторе, показанном на предыдущем рисунке, двузначное число равно 47, а множитель равен 10, поэтому номинальное значение равно

   .

Простой способ умножить целое число на степень 10 (то есть 10 ⁰ , 10 ¹ , 10 ² , 10 ³ и т. д.) состоит в том, чтобы просто добавить ( то есть прибавьте до конца) целое число с нулями и используйте показатель степени (это маленькое выпуклое число рядом с 10), чтобы сказать вам, сколько нулей нужно добавить. Вот два примера:

• 22 x 10 ³ . Показатель степени равен 3, поэтому вы добавляете 3 нуля справа от 22 и получаете 22 000. (Множитель в этом случае равен 10 ³ , что равно 1000.)

• 56 х 10 ⁰ . Показатель степени равен 0, поэтому вы добавляете 0 нулей справа от 56 и получаете 37. (Множитель в этом случае равен 10 ⁰ , что равно 1, потому что любое число, возведенное в 0-ю степень, равно 1.)

Если у вас есть прецизионный (пятидиапазонный) резистор (который вы вряд ли будете использовать для проектов в Electronics For Kids For Dummies ), третья полоса дает вам третью цифру сопротивления, а четвертая полоса дает вам множитель.

Чтение допуска резистора

Чтобы выяснить, насколько далеко от номинального значения может быть фактическое сопротивление, посмотрите на четвертую полосу стандартного резистора (или пятую полосу прецизионного резистора). Обратитесь к предыдущему рисунку для цветового кода допуска резистора.

Скажите, что четвертая полоса резистора 470 Омега, которую вы выбрали для конкретного проекта, золотая. Золотой цвет в столбце с надписью «допуск» на рисунке представляет собой допуск в 5 процентов. Поскольку 5 процентов от 470 равны 23,5, фактическое сопротивление может быть на 23,5 Омега выше или ниже , чем 470 Омега. Таким образом, фактическое значение сопротивления может быть любым значением от 446,5 до 493,5 Ом.

Большинство стандартных резисторов имеют допуски 5%, 10% или 20%, а большинство прецизионных резисторов имеют допуски 1% или 2%. Для большинства схем — и во всех проектах в Электроника для детей для чайников — можно использовать стандартный резистор. Для определенных цепей важно использовать прецизионный резистор с более низким допуском.

На следующем рисунке показаны еще два примера резисторов и их значения.

Вы можете измерить фактическое значение конкретного резистора с помощью устройства, называемого мультиметром . Например, когда вы используете мультиметр для измерения резистора 470 Ом с допуском 5 процентов, вы можете обнаружить, что фактическое значение составляет 481 Ом.

Об этой статье

Эта статья взята из книги:

• Electronics For Kids For Dummies,

Об авторе книги:

Кэтлин Шами — инженер-электрик и писатель, специализирующийся на высоких технологиях. опыт работы в области медицинской электроники, обработки речи и телекоммуникаций.

Этот артикул можно найти в категории:

• General Electronics,

Измерение деформации с помощью тензодатчиков

Что такое деформация

 

При механических испытаниях и измерениях необходимо понимать, как объект реагирует на различные силы. Величина деформации, которую испытывает материал из-за приложенной силы, называется деформацией. Деформация определяется как отношение изменения длины материала к исходной длине без изменений, как показано на рисунке 1. Деформация может быть положительной (растяжение) из-за удлинения или отрицательной (сжатие) из-за сжатия. Когда материал сжимается в одном направлении, тенденция к расширению в двух других направлениях, перпендикулярных этой силе, известна как эффект Пуассона. Коэффициент Пуассона (v) является мерой этого эффекта и определяется как отрицательное отношение деформации в поперечном направлении к деформации в осевом направлении. Несмотря на безразмерность, деформация иногда выражается в таких единицах, как дюйм/дюйм. или мм/мм. На практике величина измеряемой деформации очень мала, поэтому ее часто выражают как микродеформацию (µε), которая составляет ε x 10 ^-6 .

 

 

 

 

 

 

Четыре различных типа деформации: осевая, изгибная, сдвиговая и крутильная. Наиболее распространены осевая и изгибающая деформации (см. рис. 2). Осевая деформация измеряет, как материал растягивается или сжимается в результате действия линейной силы в горизонтальном направлении. Деформация изгиба измеряет растяжение на одной стороне материала и сжатие на противоположной стороне из-за линейной силы, приложенной в вертикальном направлении. Деформация сдвига измеряет величину деформации, которая возникает из-за линейной силы с компонентами как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Деформация кручения измеряет круговую силу с компонентами как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

 

Рис. 2.   Осевая деформация показывает, как материал растягивается или разрывается. Деформация при изгибе измеряет растяжение с одной стороны и сжатие с другой.

Измерение деформации

 

Вы можете измерить деформацию несколькими способами, но наиболее распространенным является тензодатчик. Электрическое сопротивление тензорезистора изменяется пропорционально величине напряжения в устройстве. Наиболее широко используемым тензорезистором является металлический тензорезистор. Металлический тензорезистор состоит из очень тонкой проволоки или, чаще, из металлической фольги, расположенной в виде сетки. Решетка максимизирует количество металлической проволоки или фольги, подвергающихся деформации в параллельном направлении. Сетка приклеивается к тонкой подложке, называемой держателем, которая прикрепляется непосредственно к испытуемому образцу. Следовательно, деформация, испытываемая испытуемым образцом, передается непосредственно на тензорезистор, который реагирует линейным изменением электрического сопротивления.

 

Рис. 3. Электрическое сопротивление металлической сетки изменяется пропорционально величине деформации, испытываемой испытуемым образцом.

 

 

 

Основным параметром тензорезистора является его чувствительность к деформации, выражаемая количественно как коэффициент тензорезистора (GF). GF представляет собой отношение относительного изменения электрического сопротивления к относительному изменению длины или деформации:

 

 

 

GF для металлических тензорезисторов обычно составляет около 2. Фактическое GF конкретного тензодатчика можно узнать у поставщика датчика или в документации на датчик.

 

На практике измерения деформации редко включают величины, превышающие несколько миллидеформаций (ex10 ^-3 ). Следовательно, чтобы измерить деформацию, вы должны точно измерить очень малые изменения сопротивления. Например, предположим, что испытуемый образец подвергается деформации в 500 мкс. Тензорезистор с GF, равным 2, показывает изменение электрического сопротивления всего в 2 (500×10 ^-6 ) = 0,1%. Для датчика на 120 Ом это изменение составляет всего 0,12 Ом.

 

Для измерения таких небольших изменений сопротивления конфигурации тензорезисторов основаны на концепции моста Уитстона. Общий мост Уитстона, показанный на рис. 4, представляет собой сеть из четырех резистивных плеч с напряжением возбуждения VEX, которое прикладывается к мосту.

 

 

Рис. 4.   Тензодатчики конфигурируются в схемах моста Уитстона для обнаружения небольших изменений сопротивления.

 

 

Мост Уитстона представляет собой электрический эквивалент двух параллельных цепей делителя напряжения. R ₁ и R ₂ составляют одну цепь делителя напряжения, а R ₄ и R ₃ составляют вторую цепь делителя напряжения. Выход моста Уитстона Vo измеряется между средними узлами двух делителей напряжения.

 

 

 

Из этого уравнения видно, что когда R ₁ /R ₂ = R ₄ /R ₃ , выходное напряжение V _O равно нулю. В этих условиях говорят, что мост разбалансирован. Любое изменение сопротивления в любом плече моста приводит к ненулевому выходному напряжению. Следовательно, если вы замените R ₄ на рис. 4 активным тензодатчиком, любые изменения сопротивления тензорезистора разбалансируют мост и создадут отличное от нуля выходное напряжение, которое является функцией деформации.

Правильный выбор тензодатчика

 

Типы тензорезисторов

 

Три типа конфигурации тензорезисторов: четверть-, полу- и мостовая, определяются количеством активных элементов в мосте Уитстона, ориентацией деформации датчики и тип измеряемой деформации.

 

 

Четвертьмостовой тензодатчик

 

Конфигурация Тип I

 

9000 Измерения осевых деформаций или изгибов
• Требуется пассивный резистор завершения четверти моста, известный как фиктивный резистор
• Требуются резисторы завершения полумоста для завершения моста Уитстона
• R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)

 

 

 

 

Тип конфигурации II

 

В идеале сопротивление тензорезистора должно изменяться только в зависимости от приложенной деформации. Однако материал тензорезистора, а также материал образца, на который наносится тензорезистор, также реагируют на изменения температуры. Конфигурация четвертьмостового тензодатчика типа II помогает еще больше минимизировать влияние температуры за счет использования двух тензорезисторов в мосту. Как показано на рисунке 6, обычно один тензорезистор (R4) является активным, а второй тензорезистор (R3) устанавливается в тесном тепловом контакте, но не приклеивается к образцу и размещается поперек главной оси деформации. Таким образом, деформация мало влияет на этот макет манометра, но любые изменения температуры одинаково влияют на оба манометра. Поскольку изменения температуры в двух тензодатчиках идентичны, соотношение их сопротивлений не меняется, выходное напряжение (Vo) не меняется, а влияние температуры сведено к минимуму.

 

Рис. 6. Манекены тензодатчиков устраняют влияние температуры на измерение деформации.

 

 

Полумостовой тензодатчик

 

Вы можете удвоить чувствительность моста к деформации, активировав оба тензорезистора в полумостовой конфигурации.

 

 

 

Тип конфигурации I

 

• Измерение осевой деформации или деформации изгиба
• Требуются согласующие резисторы полумоста для завершения моста Уитстона
• R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)
• R3 — активный тензодатчик, компенсирующий эффект Пуассона (-νε)

 

Эту конфигурацию обычно путают с конфигурацией типа II в виде четверти моста, но тип I имеет активный элемент R3, прикрепленный к деформируемому образцу.

 

Тип конфигурации II

 

• Измеряет только деформацию изгиба

• Требуются резисторы завершения полумоста для завершения моста Уитстона

• R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)

• R3 — активный тензодатчик для измерения деформации сжатия (-ε)

Рис. 7. Полумостовые тензорезисторы в два раза более чувствительны, чем четвертьмостовые.

 

 

 

Мостовой тензорезистор

 

Мостовой тензорезистор включает четыре активных тензорезистора и доступен в трех различных типах. Типы I и II измеряют деформацию изгиба, а тип III измеряет осевую деформацию. Только типы II и III компенсируют эффект Пуассона, но все три типа минимизируют влияние температуры.

 

 

 

Тип конфигурации I: только деформация изгиба

 

Конфигурация типа II

 

 

• Измеряет только деформацию изгиба

• Требуются резисторы завершения полумоста для завершения моста Уитстона

• R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε)

• R3 — активный тензодатчик для измерения деформации сжатия (-ε)

• R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+e)
  

   

 

Тип конфигурации III: только осевая деформация

 

• Измеряет осевую деформацию

• R1 и R3 – активные тензодатчики, измеряющие сжимающий эффект Пуассона (–νe)

• R2 и R4 — активные тензодатчики для измерения деформации растяжения (+e)
  

   

Рис. 8. Конфигурации тензодатчиков с полным мостом

 

 

Технические характеристики тензорезисторов, которые следует учитывать

 

После того как вы определились с типом деформации, которую собираетесь измерять (осевая или изгибная), необходимо учитывать другие факторы, включая чувствительность, стоимость и условия эксплуатации. Для одного и того же тензорезистора изменение конфигурации моста может повысить его чувствительность к деформации. Например, конфигурация типа I с полным мостом в четыре раза более чувствительна, чем конфигурация с четвертью моста типа I. Однако для полномостового типа I требуется на три тензодатчика больше, чем для четвертьмостового типа I. Он также требует доступа к обеим сторонам конструкции с датчиками. Кроме того, полномостовые тензодатчики значительно дороже, чем полумостовые и четвертьмостовые. Сводную информацию о различных типах тензорезисторов см. в следующей таблице.

 

Ширина сетки

 

Использование более широкой сетки, если она не ограничена местом установки, улучшает рассеивание тепла и повышает стабильность тензодатчика. Однако, если испытуемый образец имеет серьезные градиенты деформации, перпендикулярные основной оси деформации, рассмотрите возможность использования узкой сетки, чтобы свести к минимуму ошибку из-за влияния деформации сдвига и деформации Пуассона.

 

 

Номинальное манометрическое сопротивление

 

Номинальное тензометрическое сопротивление — это сопротивление тензодатчика в ненагруженном положении. Вы можете получить номинальное сопротивление конкретного датчика у поставщика датчика или в документации датчика. Наиболее распространенные номинальные значения сопротивления коммерческих тензорезисторов составляют 120 Ом, 350 Ом и 1000 Ом. Рассмотрите более высокое номинальное сопротивление, чтобы уменьшить количество тепла, выделяемого напряжением возбуждения. Более высокое номинальное сопротивление также помогает уменьшить вариации сигнала, вызванные изменениями сопротивления проводов из-за колебаний температуры.

 

 

Температурная компенсация

 

В идеале сопротивление тензорезистора должно изменяться только в ответ на деформацию. Однако удельное сопротивление и чувствительность тензорезистора также изменяются с изменением температуры, что приводит к ошибкам измерения. Производители тензорезисторов пытаются свести к минимуму чувствительность к температуре, обрабатывая материал тензорезистора, чтобы компенсировать тепловое расширение материала образца, для которого предназначен тензорезистор. Эти конфигурации моста с температурной компенсацией более устойчивы к температурным воздействиям. Также рассмотрите возможность использования типа конфигурации, который помогает компенсировать влияние колебаний температуры.

 

 

 

Установка

 

Установка тензодатчиков может занять значительное количество времени и ресурсов, и это количество сильно зависит от конфигурации моста. Количество приклеенных датчиков, количество проводов и место установки — все это может повлиять на уровень усилий, необходимых для установки. В некоторых конфигурациях моста даже требуется установка манометра на противоположных сторонах конструкции, что может быть затруднительно или даже невозможно. Четвертьмостовой тип I является самым простым, поскольку требует установки только одного датчика и двух или трех проводов.

 

 

Тип конфигурации I	Конфигурация типа II: только деформация изгиба
Тип конфигурации I	Конфигурация типа II
Измеряет осевую или изгибающую деформацию Требуются согласующие резисторы полумоста для завершения моста Уитстона R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε) R3 – активный тензодатчик, компенсирующий эффект Пуассона (-νε) Эту конфигурацию обычно путают с четвертьмостовой конфигурацией типа II, но тип I имеет активный элемент R3, прикрепленный к деформируемому образцу.	Измеряет только деформацию изгиба Требуются согласующие резисторы полумоста для завершения моста Уитстона R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+ε) R3 — активный тензодатчик для измерения деформации сжатия (-ε)

 

 

Тип конфигурации I: только деформация изгиба	Тип конфигурации II: только деформация при изгибе	Конфигурация типа III: только осевая деформация
Тип конфигурации I	Конфигурация типа II	Конфигурация типа III
	Чувствителен только к деформации изгиба R1 — активный тензодатчик, измеряющий эффект Пуассона сжатия (–νe) R2 — активный тензодатчик для измерения эффекта Пуассона при растяжении (+νe) R3 — активный тензодатчик для измерения деформации сжатия (–e) R4 — активный тензодатчик для измерения деформации растяжения (+e)	Измеряет осевую деформацию R1 и R3 – активные тензодатчики, измеряющие сжимающий эффект Пуассона (–νe) R2 и R4 — активные тензодатчики для измерения деформации растяжения (+e)

 

Тип измерения	Квартальный мост		Полумост		Полный мост
	Тип I	Тип II	Тип I	Тип II	Тип I	Тип II	Тип III
Осевая деформация	Да	Да	Да	№	№	№	Да
Деформация изгиба	Да	Да	Да	Да	Да	Да	№
Компенсация
Поперечная чувствительность	№	№	Да	№	№	Да	Да
Температура	№	Да	Да	Да	Да	Да	Да
Чувствительность
Чувствительность при 1000 мкс	~0,5 мВ/В	~0,5 мВ/В	~0,65 мВ/В	~1,0 мВ/В	~2,0 мВ/В	~1,3 мВ/В	~1,3 мВ/В
Установка
Количество приклеенных датчиков	1	1*	2	2	4	4	4
Место установки	Односторонняя	Односторонняя	Односторонняя	Противоположные стороны	Противоположные стороны	Противоположные стороны	Противоположные стороны
Количество проводов	2 или 3	3	3	3	4	4	4
Завершающие резисторы моста	3	2	2	2	0	0	0
*Второй тензорезистор размещается в тесном тепловом контакте со структурой, но не приклеивается.

 

Преобразование сигналов для тензодатчиков

 

Измерения тензодатчиков сложны, и несколько факторов могут повлиять на их качество. Следовательно, вам необходимо правильно выбрать и использовать мост, преобразование сигнала, проводку и компоненты сбора данных для обеспечения надежных измерений. Например, допуски сопротивления и деформация, вызванная приложением манометра, создают некоторое начальное напряжение смещения, когда деформация не применяется. Точно так же длинные отводящие провода могут увеличить сопротивление плеча моста, что добавляет ошибку смещения и снижает чувствительность выходного сигнала моста. Для точных измерений деформации подумайте, нужны ли вам следующие вещи:

 

• Завершение моста для завершения необходимой схемы четверть- и полумостовых тензорезисторов
• Возбуждение для питания схемы моста Уитстона
• Дистанционное измерение для компенсации ошибок в напряжении возбуждения из-за длинных проводов
• Усиление для увеличения разрешения измерения и улучшения отношения сигнал/шум
• Фильтрация для удаления внешнего высокочастотного шума
• Обнуление смещения для балансировки моста до выходного напряжения 0 В при отсутствии напряжения
• Калибровка шунта для проверки выхода моста на известное ожидаемое значение

 

Чтобы узнать, как компенсировать эти ошибки, и ознакомиться с другими соображениями относительно оборудования для измерения деформации, загрузите Руководство инженера по точным измерениям с помощью датчиков .