Самодельный угольный тензодатчик

Приборы для определения давления применяются, практически, во всех отраслях промышленности, особенно в машиностроении, химической, пищевой промышленности и энергетике. Оказывается, некоторые материалы для изготовления подобных приборов можно приобрести не только в магазинах радиотоваров, хозяйственных, канцелярских и т.д. но и … в аптеке. Именно там можно купить знакомые нам всем черные таблетки активированного угля.

Свойство угольного порошка уменьшать сопротивление электрическому току в зависимости от силы сжатия зерен этого порошка широко применяли в угольных микрофонах еще на заре развития телефонии. Это свойство сохраняет и спрессованный угольный порошок.

Цель работы: изготовление самодельного угольного тензодатчика.

Задачи:

1. Из различных источников изучить понятие давления, различные датчики давления;
2. Используя таблетки спрессованного активированного угля собрать два датчика давления;
3. Исследовать зависимость сопротивления от силы давления, построить градуировочные таблицы и графики;
4. Исходя из выводов по проделанной работе определить перспективы дальнейшего развития проекта.

Новизна и практическая значимость: В ходе работы экспериментально исследовано необычное применение активированного угля в качестве датчика давления. Тензодатчики на основе активированного угля можно применять, например, при изготовлении электронных весов, динамометров и т.д.

Материалы и методы исследования: В качестве рабочего тела для изготовления датчиков мы использовали таблетки активированного угля, для создания электродов - монеты, металлические пластины, провода; для упругого заполнителя - термоклей; прибор для измерения сопротивления - цифровой мультиметр; для калибровки - пружинный динамометр.

Согласно поставленной цели и задачам в работе были применены следующие методы: метод гипотез (научное предположение об изменении сопротивления при деформации активированного угля); экспериментальный метод (проектирование и сборка экспериментального образца установки, создание калибровочных таблиц и графиков).

Устройство угольного тензодатчика (или конкретно — датчика сжатия) просто — плоскую таблетку активированного угля помещают между двумя металлическими пластинами и включают в цепь постоянного или переменного тока. Даже незначительное механическое сжатие таблетки пластинами приводит к увеличению тока в цепи. Снятие усилия сжатия возвращает сопротивление датчика к прежнему значению.

Для сборки датчика №1 мы использовали две монеты номиналом в 2 рубля. Таблетки, как правило, имеют небольшую сферичность поверхности оснований, поэтому перед проведением исследований или до установки в готовое изделие следует мелким напильником придать этим поверхностям плоскопараллельную форму. Также не забываем поработать напильником на поверхности монет. После установки таблетки сбоку заливаем термоклеем. Если необходимо большее исходное сопротивление датчика, возможно последовательное соединение двух и более таблеток.

Аналогично собираем датчик №2. Только вместо монет берем большие пластины и размещаем внутри них 8 таблеток (рисунок 1).

Рисунок 1. Сборка датчика давления №2

В конечном итоге датчик должен выглядеть вот так (рисунок 2)

Рисунок 6. Датчик давления №2

Для данного исследования мы сконструировали экспериментальную установку, которая изображена на рисунке 3. Датчик разместили вертикально и горизонтально действовали динамометром. Датчик давления подключили к мультиметру (положение "Омметр", предел измерения 200 Ом)

Рисунок 3. Схема экспериментальной установки

Показания динамометра и омметра записывали в градуировочную таблицу.

Рисунок 4. График зависимости сопротивления датчика №1 от силы давления

Рисунок 5. График зависимости сопротивления датчика №2 от силы давления

Результаты экспериментов и рассмотрение представленных зависимостей позволяют сделать некоторые выводы необходимые для практического применения датчика сжатия. Так, разброс значений сопротивления датчика, обусловленный как неодинаковостью сопротивления разных экземпляров таблеток, так и непараллельностью их плоскостей и неполнотой прилегания к ним металлических пластин, требует обязательной его подстройки после смены таблетки.

Довольно большая кратность изменения сопротивления в приемлемом для практики интервале механического давления позволяет применять такого рода тензодатчики в широких областях.

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Изучено понятие давления, различные методы преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие;
2. Используя таблетки спрессованного активированного угля собраны два датчика давления;
3. Исследована зависимость сопротивления от силы давления, построены градуировочные таблицы и графики;
4. Исходя из выводов по проделанной работе определены перспективы дальнейшего развития проекта: изготовить электронные весы, электронный динамометр.

Литература:

1. Давление: единицы давления [Электронный ресурс] URL://http://www.nado5.ru/e-book/davlenie-edinicy-davleniya (Дата обращения 19.11.2014);
2. Датчик давления [Электронный ресурс] Википедия. URL://https://ru.wikipedia.org/wiki/Датчик_давления (Дата обращения 19.11.2014);
3. Королев, Л. Угольный тензодатчик [Текст] / Л. Королев // Радио. - 2008. - N 3. - С. 31-32 : 4 рис. . - ISSN 0033-765X;
4. Области применения датчиков - датчики давления [Электронный ресурс] URL:// http://www.chipdip.ru/video/id000310521/ (Дата обращения 19.11.2014)