2.3.4. Напівпровідникові тензодатчики

Напівпровідникові тензодатчики були винайдені компанією Bell Telephone Laboratories, як результат дослідів за розробки транзистора. П’єзорезистивні властивості напівпровідникових матеріалів кремнію та германію були досліджені у 1959 році, а з 1960 року розпочалось серійне виробництво напівпровідникових тензодатчиків.

Основним елементом напівпровідникового тензодатчика є тонка прямокутна плівка (волосінь) монокристалу кремнію, яка для зручності в користуванні, закріплена на тонкій основі. Оскільки, опір кремнію приблизно в раз більший за опір константану, що використовується в фольгових тензодатчиках, в напівпровідникових тензодатчиках не використовується конфігурація решітки для створення початкового опору в діапазоні 100 – 1000 Ом. Конструкцію напівпровідникових тензодатчиків зображено на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Конструкція напівпровідникового тензодатчика:

1 – монокристал; 2 – вивідні провідники.

Напівпровідникові тензодатчики (у порівнянні з дротяними і фольговими) мають чимало істотних переваг. Чутливість їх у 50 - 60 разів перевищує чутливість дротяних, розміри набагато менші, а високий рівень вихідного сигналу вимірюваних схем не потребує застосування складних і дорогих підсилювачів. Окрім того, за одних і тих же розмірів, опір тензодатчика, внаслідок введення відповідних присадок і зміни технології виготовлення, може змінюватись у широкому діапазоні ( від 100 Ом до 50 кОм) за коефіцієнта тензочутливості від 100 до 200.

Головною відмінністю напівпровідникових тензодатчиків від дротяних є більша (до 50 %) зміна опору тензоперетворювача внаслідок деформування.

Найсильніше тензоефект виражений у германію, кремнію, антимоніда індію, арсеніда галію та ін. Але для масового виготовлення тензодатчиків застосовують лише кремній і германій. Вони мають високу тензочутливість, хімічно інертні, витримують нагрівання до 500…540С і дають змогу виготовляти тензодатчики різної форми.

Властивості і характеристики напівпровідникових тензодатчиків визначаються застосованим матеріалом, питомим опором і типом провідності. Знак тензоефекту (за розтягання) у напівпровідниках n - типу від’ємний , а p - типу - додатній.

Коефіцієнт тензочутливості малогабаритних кремнієвих тензодатчиків становить 10010; номінальний робочий струм 15мА; максимальний робочий струм 15 мА; граничнодопустима деформація 0.3%. Тензодатчики розраховані на роботу в діапазоні температур від -60 до +115С. Наклеюють напівпровідникові тензодатчики на досліджувану поверхню за допомогою лаку ВЛ-931 (ГОСТ 10402-63).

Головними недоліками напівпровідникових тензодатчиків є малі механічна міцність і гнучкість. Хороші характеристики цих тензодатчиків реалізувати досить складно через обмежену лінійність, високу чутливість до впливу зовнішніх умов (температури, освітлення тощо) та істотну різницю параметрів кожного датчика.

2.3.5. Приклад формування умовного позначення тензодатчика

Розглянемо на прикладі серійного фольгового тензодатчика 2ФКПА-10-200Г-В формування маркування. На рис. 2.6 показано на що вказує кожна із груп символів.

Отже, 2ФКПА – вказує, що тензодатчик є фольговий, матеріал з якого виготовлена ґратка – константан. База тензодатчика становить 10 мм. Номінальний опір тензочутливої ґратки – 200 Ом. В – датчик одноелементний прямокутного типу. Датчик термокомпенсований для матеріалів в яких коефіцієнт температурного розширення близький до .

Рис. 2.6. Приклад позначення серійного тензодатчика.