Решение ТОЭ онлайн
Техника высоких напряжений ТВН
Электротехника, основы электроники
Электрические измерения, электрические материалы

 
на правах рекламы

Тензорезистор

Тензорезистор

Тензорезистор – резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации (тензоэффект)

Тензоэффект – это эффект изменения проводимости под действием механических напряжений

В качестве тензорезистора используются металлы и полупроводники. В металлах тензоэффект связан с изменением размеров металлического проводника, а в полупроводниках в основном за счет изменения удельной проводимости под действием механических напряжений. Изменение проводимости объясняется тем, что при деформации меняется расстояние между атомами кристаллической решетки, что меняет концентрацию свободных электронов и проводимость полупроводника.

Основным достоинством полупроводниковых тензодатчиков является большой коэффициент тензочувствительности.

Чувствительность тензорезистора характеризуется безразмерным параметром – коэффициентом тензочувствительности Kf, который определяется как

где

ΔR – абсолютное изменение сопротивления, вызванное деформацией;

R0 – начальное сопротивление недеформированного тензорезистора;

ε – относительная деформация.

Относительная деформация определяется как

где

ΔL – абсолютное изменение длины;

L0 – длина недеформированного тензорезистора.

Если для металла этот коэффициент составляет порядка 1,5 единиц, то для полупроводника в десятки раз больше. Другим важным достоинством полупроводниковых тензодатчиков является их несравнимо меньшие габариты, что позволяет поместить этот датчик на малых площадях деталей, в которых необходимо измерять механические напряжения. К недостаткам следует отнести зависимость сопротивления датчика от температуры, поэтому требуется обязательная температурная компенсация таких датчиков.

Схема использования тензорезистора в мостовых цепях постоянного тока

Рис. 1 Схема использования тензорезистора в мостовых цепях постоянного тока

В подавляющем большинстве случаев тензорезисторы используются в мостовых цепях постоянного тока. При этом тензорезистор может быть включен в одно из плеч, в два плеча, либо мостовая цепь может быть целиком составлена из тензорезисторов. Т.к. относительные изменения сопротивления тензорезисторов очень малы (меньше 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 рабочим тензорезистором, то для температурной компенсации необходимо применить другой нерабочий тензорезистор, аналогичный рабочему и находящемуся с ним в одинаковых температурных условиях (рис. 1).

Полупроводниковые тензорезисторы изготавливают обычно из германия или кремния, легированных до значений удельного сопротивления (2×10–4 ... 2×10–3) Ом·м в виде тонких полосок, которые вырезаются вдоль определенных кристаллографических осей. Полупроводниковые тензорезисторы имеют длину 2–12 мм и ширину 0,15–0,5 мм.

В настоящее время выпускаются интегральные полупроводниковые тензорезисторы, которые выращиваются непосредственно на упругом элементе из кремния или сапфира. Эти упругие элементы обладают упругими свойствами, близкими к идеальным, и существенно меньшими погрешностями гистерезиса и линейности по сравнению с металлическими. На одном упругом элементе обычно выращивается несколько резисторов соединенных в полумост или мост и компенсирующие элементы. Такая технология позволяет существенно уменьшить погрешности, обусловленные неидентичностью тензорезисторов и внешних условий.

Интегральные тензодатчики выпускаются в виде КНК-структур (кремний на кремнии) и КНС-структур (кремний на сапфире)


Теги: тензорезистор, тензоэффект, чувствительность тензорезистора, коэффициент тензочувствительности

Комментарии:

Оставить комментарий