Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Đầu đo điện trở kim loại có cấu tạo dạng lưới. Đối với đầu đo dạng lưới dây, được làm bằng dây điện trở có tiết diện trịn (đường kính d ≈ 20 μm) hoặc tiết diện chữ nhật axb (hình 14.1a). Đầu đo dạng lưới màng chế tạo bằng phương pháp mạch in (hình 14.1b). Số nhánh n của cảm biến thường từ 10 - 20 nhánh.
Hình 14.1: Sơ đồ cấu tạo của đầu đo kim loại
a) Đầu đo dùng dây quấn b) Đầu đo dùng lưới màng
Cảm biến được cố định trên đế cách điện mỏng bề dày ~ 0,1 mm làm bằng giấy hoặc ~ 0,03 mm làm bằng chất dẻo (polyimide, epoxy). Vật liệu làm điện trở thường thuộc họ hợp kim Ni (bảng 14.1).
Bảng 14.1
Hợp kim Thành phần Hệ số đầu đo K
Constantan 45%Ni, 55%Cu 2,1
Isoelastic 52%Fe, 36%Ni, 8%Cr, 4%(Mn+Mo) 3,5 Karma 74%Ni, 20%Cr, 3%Cu, 3%Fe 2,1
Nicrome V 80%Ni, 20%Cr 2,5
Bạch kim- vonfram 92%Pt, 8%W 4,1
Khi đo cảm biến được gắn vào bề mặt của cấu trúc cần khảo sát (hình 14.2), kết quả là cảm biến cũng chịu một biến dạng như biến dạng của cấu trúc.
Hình 14.2: Cách cố định đầu đo trên bề mặt khảo sát
1) Bề mặt khảo sát 2) Cảm biến 3)Lớp bảo vệ 4) Mối hàn 5) Dây dẫn 6) Cáp điện 7) Keo dán
Điện trở của cảm biến xác định bởi biểu thức :
(14.4)
Phương trình sai phân:
Biến dạng dọc Δl của dây kéo theo biến dạng ngang của tiết diện, quan hệ giữa biến dạng ngang và biến dạng dọc có dạng:
Tiết diện ngang của dây S = ab hoặc , ta có:
C - hằng số Bridman. V - thể tích dây. Vì V = S.l, ta có: Và: Vậy ta có: (14.5)
Hệ số K được gọi là hệ số đầu đo, giá trị xác định theo biểu thức:
(14.6)
Vì ν≈0,3, C ≈1, nên đầu đo kim loại có K ≈2.