Материалы тензорезистивных чувствительных элементов.

 

Резистивные чувствительные элементы состоят из тела простой формы (проволока, стерженек, пленка), форма и размеры которой изменяются под

действием силы. Если длина, удельное сопротивление, g – поперечное сечение, то сопротивление:

;

После дифференцирования получаем:

коэффициент тензочувствительности, где – отражает изменение формы.

отражает изменение удельного сопротивления (пьезосопротивления)

В качестве тензочувствительных материалов используют металлы и полупроводники.

Коэффициент тензочувствительности металлов колеблется от 2 до 6 и его слагаемые от изменения формы и пьезосопротивления имеют одинаковый порядок значений. Материалы с коэффициентом к=2 занимают предпочтительное положение так как в этом случае величина коэффициента не звисит от деформированного состояния материала, а датчики с такими преобразователями отличаются

Линейной градуированной характеристикой в большом диапазоне деформаций. Кроме того, их коэффициент тензочувствительности в первом приближении независим от особенностей предварительной обработки, а поэтому и от последствий неизбежных отклонений в технологическом процессе. К этой группе относятся константы, нихром, карма. Эти свойства сохраняются особенно если тензочувствительный элемент изготовлен в виде проволоки. Если тензорезисторы изготавливаются напылением в виде тонких поликристаллических пленок, то свойства металла изменяются: коэффициент тензочувствительности значительно уменьшается, а временная стабильность снижается. Преимуществами этого метода являются отсутствие вязкой прослойки (клеевого слоя), которая приводит к явлениям ослабления напряжений, а также возможность изготавливать большое число тензорезисторов на упругом элементе в одном процессе с высокой степенью идентичности. Поэтому технология тонкопленочных тензорезисторов может еще приобрести большое значение.

Полупроводники.

В них эффект пьезосопротивления превосходит влияние изменения формы на 1 -2 порядка. У монокристаллических полупроводников, наиболее широко применяемых в настоящее время, вклад эффекта пьезосопротивления зависит от ориентации направления деформации относительно кристаллографических осей.

В настоящее время основным материалом для тензорезисторов является кремний. В зависимости от величины удельного сопротивления и ориентации значение К может достигать 200, поэтому возможно применение очень жестких упругих элементов. Кроме того в зависимости от типа проводимости (p- или n-кремний) К имеет положительный или отрицательный знак.

По сравнению с металлическими тензорезисторами аналогичные полупроводниковые приборы имеют 1 недостаток: значительную нелинейность, которую необходимо компенсировать.

Полупроводниковые пленки также можно изготавливать методом напыления. Но они имеют существенно меньшие значения К, чем монокристаллические. По своим свойствам они аналогичны металлическим напыленным тензорезисторам.