2. Материалы тензорезистивных чувствительных элементов. Конструктивные схемы

Металлы.

Коэффициент тензочувствительности Me находится в пределах от 2 до 6 и соотношение влияния изменения формы (= 1,6) и удельного сопротивления (= 0,4) имеют один порядок. (пример: 1,6 + 0,4 = 2)

Материалы с коэффициентом k=2 занимают предпочтительное положение, т.к. коэффициент R не зависит от деформируемого состояния материала, а датчики с такими преобразователями отличаются линейной градуированной характеристикой в большом диапазоне деформаций.

Кроме того, их коэффициент тензочувствительности мало зависит от особенностей обработки поверхности, а поэтому не зависит от неизбежных отклонений в технологическом процессе.

К этой группе относятся (никель, хром): константан, нихром, карма.

Эти свойства особенно сохраняются если тензочувствительный элемент изготовлен в виде проволоки.

Если тензорезисторы изготавливаются напылением в виде тонких поликристаллических пленок, то их свойства изменяются.

Коэффициент тензочувствительности значительно уменьшается, и временная стабильность снижается.

Преимущества этого метода изготовления:

отсутствие вязкого слоя клеевой проволоки, которая приводит к явлениям ослабления напряжения

возможность изготавливать большое число тензочувствительных тензорезисторов на одном упругом элементе, во время одного технологического процесса, а следовательно с высокой однородностью (идентичностью)

С развитием технологического оборудования метод будет получать более широкое распространение

Конструктивные схемы

• Чувствительные элементы в виде натянутой тензопроволочки. Благодаря относительной простоте конструкции они подходят также для датчиков с мнимым интегрированием. При более точном рассмотрении их следует признать элементами, изменяющими не деформацию, а путь.

• Намотанные транзисторы. Тензопроволока наматывается с предварительным натягом в диапазоне деформации упругого элемента. Эта конструкция применяется преимущественно с формоизменяемыми упругими элементами. Преимущество состоит в большой длине тензопроволоки, что обеспечивает большое сопротивление моста и очень хорошую передачу тепла упругому элементу. Поэтому напряжение питания моста можно поднимать до 200 В и получать выгодное напряжение до 400 МВ.

• Проволочные тензорезисторы. В настоящее время важнейшие тензочувствительные элементы делаются преимущественно из константановой проволоки, которая вклеена между двумя подложками. Благодаря изменению размеров витков проволоки можно изготавливать тензорезисторы с различными номинальными сопротивлениями. Кроме того, возомжна подгонка тензорезистора к упругому элементу с учетом его формы.

• Фольговые тензорезисторы. В большинстве случаев тензорешетку выполняют фотохимическим способом. Применяются прежде всего в современных конструкциях датчиков силы, которые во многих случаях могут быть выполнены технически только благодаря тензорезисторам.

• Металлические тонкопленочные тензорезисторы. Они являются перспективными, т.к. все чувствительные элементы упругого элемента могут изготавливаться в ходе одной технологической операции, что обеспечивает высокую степень идентичности их свойств.

• Полупроводниковые тензорезисторы. Имеется большое число таких тензорезисторов различных размеров и различной концентрации легирующей примеси. Для универсального применения в датчиках силы предпочтительны гибкие, максимально тонкие, тензорезисторы.

• Диффузионные тензорезисторы . Они представляют собой тензочувствительные области, созданные в кремниевом элементе путем внесения примеси диффузным способом. Изоляция диффузного чувствительного слоя от остальной части этого элемента осуществляется благодаря р-n-переходу, смещенному в обратном направлении приложенным напряжением, или же двуокисью кремния.

• Авто- и гетероэпитаксиальные тензорезисторы. Их изготавливают эпитаксиальным наращиванием кремния, легированного соответствующим образом, на монокристаллическом упругом элементе.

Диффузионные, авто- и гетероэпитаксиальные тензорезисторы называются интегральными тензорезисторами.

• Полупроводниковые тонкопленочные тензорезисторы. Они соответствуют по своим особенностям металлическим тензорезисторам.