Тензорезисторы.

В основе принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении сопротивления проводников и п/п при их механической деформации. Основной характеристикой чувствительности материала к механической деформации является коэффициент относительной тензочувствительности.

μ - коэффициент Пуассона

∆b - изменение ширины проводника

∆l- изменение длины проводника

μ = 0,24÷0,4

K_T = 1,48÷1,8

Существуют материалы: Кт = 0,54,0

ε_ℓ= 2,5 * 10^-3

ε_ℓ – относительное изменение длины тензорезистора в пределах упругих деформаций

ε_R  (1,2510)*10^-3 <1%

Как правило, для расчёта тензорезистора применяется следующая формула:

R₀ – сопротивление ненагруженного тензорезистора.

Так как ε_R величина маленькая, то сопротивление тензорезистора должно обладать высокой временной стабильностью и иметь малый ТКС и поэтому в качестве материала, из которого изготавливают тензорезисторы, используется: констогнтан, нихром, элинвар.

- модуль упругости (Юнга)

Коэффициент тензочувствительности п/п тензорезисторов определяется в основном изменением электрического удельного сопротивления, в отличие от металлических тензорезисторов в значительной степени зависит от деформации, а так же от температуры и достигает 150  200.

Конструкция тензорезистора.

По конструкции тензорезисторы делятся на:

1. проволочные

2. фольговые

3. плёночные

1.

R =20500 Ом

Обозначения:

П – проволочный З – база = 3мм

К – константан 50 – сопротивление тензорезистора (R₀)

Б – бумага

2.

L=0,6÷10 мм

2 Ф К П А

особые условия

прямоугольная решётка

константан

фольговой

коэффициент тензочувствительности (К_т=2)

Недостаток – малое сопротивление.

3. Изготавливаются путём вакуумной возгонки с последующим осаждением его на подложку. Для изготовления плёночных тензорезисторов применяются как металлические, так и п/п материалы. П/п тензорезисторы представляют собой тонкие полоски из кремния р - типа, вырезанные в направлении кристаллографической оси.

Обозначения п/п терморезисторов:

Ю-8, Ю-10

К_Т=20 ÷ 200

R₀=50 Ом ÷10 кОм

Однако п/п терморезисторы имеют большие температурные погрешности, что является существенным недостатком. Кроме того, промышленность выпускает так же и интегральные тензомодули, выращивая тензорезисторы непосредственно на упругом элементе, выполненном из кремния или сапфира. При этом на одном упругом элементе выращивается не один тензорезистор, а структура в виде полумоста или моста, а так же термокомпенсирующий элемент.

КНК – кремний на кремний

КНС – кремний на сапфире

Измерительные цепи тензорезисторов.

В подавляющем большинстве случаев тензорезисторы используются в мостовых схемах постоянного тока, при этом тензорезистор может быть включён в одно из плеч, в два плеча, либо вся цепь состоит из тензорезисторов. Так как относительные изменения сопротивления тензорезисторов ε_R очень малы (<1%), то существенное влияние на результат измерения могут оказать температурные изменения. Следовательно, необходимо предусмотреть температурную компенсацию. В частности, если используется мостовая цепь с одним тензорезистором, то для температурной компенсации необходимо применить другой нерабочий тензорезистор аналогичный рабочему и находящийся с ним в одинаковых температурных условиях.

R_T=R_T0 (1+ε_R)

Более предпочтительной схемой является схема с дифференциальным включением преобразователей, в которой один из тензорезисторов испытывает деформацию растяжения, а другой тензорезистор – деформацию сжатия. В этом случае температурная погрешность также исключается, а чувствительность тензомоста возрастает в 2 раза.

Две пары дифференциальных тензорезисторов образующих полный мост из тензорезисторов обеспечивают максимальную коррекцию температурной погрешности и в четыре раза увеличивают чувствительность. Полная температурная компенсация погрешности возможна только при полной идентичности всех характеристик тензорезисторов, то есть в мостовых схемах необходимо предусмотреть переменные резисторы, с помощью которых можно производить уравновешивание моста при отсутствии деформации. Кроме того, в качестве источника питания тензомостов можно использовать как стабилизаторы постоянного или переменного напряжения, источник тока, а также запитывать мост импульсным напряжением.