Полупроводниковые
Такие тензорезисторы изготавливаются преимущественно из кремния и германия, имеющих сильно выраженный тензоэффект. Но иногда материалом служит арсенид галлия и антимонид индия. Такие датчики выдерживают нагрев до 500 градусов, химически инертны, могут изготавливаться любой формы. Как и все полупроводниковые приборы, такие тензорезисторы делятся на n- и p- типы. Первый при растяжении имеет отрицательный знак тензоэффекта, второй – положительный.
Существенным преимуществом полупроводниковых тензорезисторов является их высокая чувствительность (в 50-60 раз выше проволочных и фольговых). Это упрощает обработку сигнала и избавляет от необходимости использования сложных чувствительных усилителей. Еще одно преимущество – большое (до 50%) изменение сопротивления при деформации. Ну и, наконец, при помощи тех или иных присадок можно изменять номинальное сопротивление тензорезистора в широких (от 100 Ом до 50 кОм) пределах без изменения размеров самого датчика. ТКС у полупроводниковых преобразователей обычно составляет 0,45% на градус.
Области применения
Тензорезисторы широко используются в различных областях техники и производства, описать все возможные способы их применения невозможно.
Вот несколько примеров областей, где активно используются тензорезисторы:
Аэрокосмическая промышленность
Космические аппараты, функционирующие на околоземных орбитах, подвержены воздействию ряда неблагоприятных факторов космического пространства. Всевозможные воздействия, испытываемые космическим аппаратом, могут привести к различным по своему характеру последствиям, возникает необходимость в размещении на борту специальной системы регистрации такого рода воздействий.
Cистема должна обладать определенным набором характеристик, таких как чувствительность, избирательная способность, быстродействие, информативность и надежность. Задание требований к характеристикам системы производится с учетом типа, назначения, срока существования и конструктивно-компоновочных особенностей летательного аппарата.
Одной из основных проблем в области прочности современных летательных аппаратов является обеспечение ресурса и их конструкций. Для достижения высоких характеристик усталости и живучести поводятся обширные исследования.
Идентификация природы источника упругих возмущений на борту предполагается осуществлять по частотному признаку с использованием тензорезисторов. Тензорезисторы и тензодатчики применяются для исследования следующих величин:
долговечность, скорость роста усталостных трещин и остаточная прочности;
характеристик усталости и трещиностойкости основных конструкционных материалов, в том числе и при повышенных температурах;
прочность, усталость и живучесть элементов из композитных материалов с учетом климатических воздействий.
Двигателестроение
Усилия, возникающие от действия сил давления газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, передаются шпилькам или болтам крепления головки блока цилиндров. При этом датчик напряжений (в нашем случае - тензорезистор) воспринимает те же самые усилия, преобразуя их в электрический сигнал.
Таким образом, тензорезисторы в двигателях внутреннего сгорания методом косвенного индицирования могут использоваться для исследования рабочего процесса двигателей, автоматизации управления рабочим процессом и режимом работы двигателя, для проведения экспертизы технического состояния двигателя внутреннего сгорания в стендовых и эксплуатационных условиях. Использование тензорезисторов позволяет оперативно и точно получать информацию о техническом состоянии двигателей любого типа: дизельных и с искровым зажиганием, судовых, тепловозных, автомобильных.