Тензорезисторы, полупроводниковые тензорезисторы, характеристики, конструкция, схемы включения. Проволочный тензорезистор

42.Тензорезисторы, полупроводниковые тензорезисторы, характеристики, конструкция, схемы включения.

Тензорезисторный преобразователь (тензорезистор) представляет собой проводник, изменяющий свое сопротивление при деформации сжатия—растяжения. В основе работы лежит тензоэффект. Основной характеристикой чувствительности материала к механической деформации является коэффициент относительной тензочувствительности К_Т. ;;;;

;  - коэффициент Пуассона. ; ; ; . R₀ – сопротивление резистора в ненагруженном состоянии. Обычно в зоне упругих деформаций для металлов коэффициент Пуассона составляет 0,24¸0,5, т.е. коэффициент К_Т лежит в диапазоне 1,48¸2. К_Т может достигать 4 для редких металлов. e_l лежит в пределах £2,5×10^-3, а e_R<1%. Поэтому сопротивление тензорезистора должно обладать высокой временной стабильностью и иметь малый ТКС. Поэтому металлические тензорезисторы выполняются из константана, нихрома, платинородия. Кроме того, механическое напряжение исследуемой детали связано с модулем упругости следующее зависимостью: à, K_T п/проводниковых тензорезисторов определяется в основном изменением удельного сопротивления. . П/проводниковые тензорезисторы представляют собой тонкие пластина p-типа, вырезанные из кремния в направлении оси [1,1,1] или n-типа в направлении [1,0,0]. К_Т п/проводников 50¸200, R₀=50 Ом¸10кОм. Промышленность также выпускает и интегральные тензомодули выращенные тензорезисторы непосредственно на упругом элементе, выполненные из кремния и сапфира. На одном упругом элементе выращивается структура из тензорезисторов в виде моста или полумоста и компенсирующего элемента. Чаще всего используются структуры типа КНК (кремний на кремнии) и КНС (кремний на сапфире).

В большинстве случаем тензорезисторы используются в мостовых цепях постоянного тока. При этом тензорезистор может быть включен в одно из плеч или в два плеча либо мостовая цепь может быть составлена целиком из тензорезисторов. Т.к. относительные изменения сопротивления тезорезисторов очень малы (<1%) то существенное влияние на результат измерения могут оказать их температурные изменения. Следовательно необходимо предусмотреть температурную компенсацию. В частности, если используется мостовая цепь с одним рабочимтензорезистором, то для температурной компенсации необходимо применить другой нерабочий тензорезистор, аналогичные рабочему и находящегося с ним в одинаковых температурных условиях.

Повысить чувствительность можно за счет питания тензорезистора импульсным напряжением (однако, если импульсы очень короткие, то сказывается индуктивности тензодатчика и второе – необходимо подавать большой ток, что может разогреть тензорезистор и уменьшить время службы клея, использованного для присоединения тензорезистора к упругой пластинке). По конструкции тензорезисторы бывают: проволочные (база l=3-20мм, диаметр проволки=20-50 мкм R=120-500 Ом), фольговые (изготавливаются из фольги путем вытравливания, что позволяет получить любую форму), пленочные (изготавливаются путем вакуумной взгонки тензочувствительного материала с последующим осождением его на подложку. Применяются как металлы, так и п/п-ки. Высокая тензочувствительность при большой температурной зависимости) и интегральные.