Тензорезистивные ПИП

Константан – обладает высоким удельным сопротивлением и температурной стабильностью.
Сплав карма – высокие усталостными характеристики; высокая вре-менная стабильность; широкий диапазон температурной компенсации.
Изоластик – обладает высокой тензочувствительностью и наиболее высокими усталостными характеристиками, но характеризуется чувствительностью к температуре.
Нихром V, платиновольфрам, армюр Д - применяют в узкоспеци-альных приложениях, связанных с высокими температурами, при которых приобретают существенное значение устойчивости к окислительным процессам.

От вида материала: проводниковые и полупроводниковые.
Проводниковые от фазового состояния: твердотельные и жидкостные.
Твердотельные – по конструктивному исполнению: проволочные, фольговые, пленочные.
Проволочные : ненаклеиваемые и наклеиваемые.
Ненаклеиваемые (свободные) тензорезистивного ПИП (рис. а): обладают простотой и большим диапазоном измерения 12–15 %.
Ненаклеиваемые - менее чувствительны, имеют большие габариты.
Наклеваемые (рис. б) - решетка из проволоки диаметром 0,0–0,04 мм.

Ненаклеиваемые менее чувствительны, имеют большие габариты.
Наклеиваемые: проволока диаметром 0,01–0,04 мм.
Наиболее распространенная конструкция (рис. б)
Фольговые: из металлической фольги толщиной 4–12 мкм
а б в г
Достоинства: возможность получения заданную форму.
Некоторые пленочные (на основе висмута, титана, кремния или гер-мания) могут быть в виде одной проводящей полоски, у них нет попе- речной тензочувствительности.
Пленочные: изготавливают путем вакуумной возгонки тензочувстви-тельного материала с последующей конденсацией его на подложку через маску (толщина менее 1 мкм).
Материалы: металлические материалы (например, титаноалюми-ниевые сплавы), полупроводниковые материалы (Ge, Si)

Жидкостные (эластичные) - резиновый капилляр с внутренним диаметром 0,1–0,5 мм, заполненный электролитом или ртутью и снабженный проволочными выводами.
Эластичные с ртутью имеют К = 2 и позволяют измерять весьма большие относительные деформации материалов (до 30–60 %). Особенности: малое номинальное сопротивление, ограниченный температурный и частотный диапазон, низкое начальное сопротив-ление (до единиц Ом), большой ТКС.
1- каучуковая трубка диаметром 1 мм; 2 – электролит (1,2 Н водный раствор CuSO4); 3 – электроды; 4 – зажимы для крепления.
Достоинства: возможность использования больших напряжений питания (до 500В), можно применять при измерении деформации деталей, находящихся в воде и других жидких средах, не разрушающих каучук.

Полупроводниковые: монокристаллические, поликристаллические, интегральные.
Наклеиваемые и ненаклеиваемые.
Монокристаллические: ЧЭ вырезаны из монокристалла; игольчатые кристаллы, полученные выращиванием из газовой фазы и др.
Поликристаллические: тензолиты -искусственные смеси, например, угля (или сажи) и бакелитового лака.
ЧЭ наклеиваемых: полоски толщиной 0,02‒0,05 мм, шириной до 0,5 мм и длиной 2‒12 мм (вырезаются вдоль определенных направ-лений). Например, из кремния р- типа вырезаются в направлении <111>, а из кремния n- типа – в направлении <110>.
1 – ЧЭ; 2 – контактные площадки; 3 - подложка
а б в г
а, б – стержневой; в – из игольчатых кристаллов; г – пленочный

Статическая характеристика для проводниковых в ограниченном диапазоне (изменение сопротивления не превышает 2%):
Основные характеристики статическая характеристика преобразова-ния, коэффициент тензочувствительности, измерительная база, номи-нальное (начальное) сопротивление, погрешности.
Коэффициент тензочувствительности К
Для большинства проводниковых твердотельных - K ≈ 1 + 2μ ≈ 2 (μ ≈0,24-0,4)
Для никеля К = 12
Для жидкостных КЖИД = 2 - αε = 0, μ = 0,5.
Для полупроводниковых: К ≈ αε
Для проволочных Кl/Кb определяется отношением l/b.
Кb = составляет (0,0025–0,01) Кl.

Измерительная база L - длина детали, занимаемая чувствительным элементом тензорезистивного преобразователя.
У проволочных база (1,0 ÷ 100)
У фольговых может быть менее 1 мм.
У полупроводниковых – (2 – 12) мм.
Номинальная (измерительная) база l определяется как длина детали, занимаемая чувствительным элементом тензорезистивного преобразователя.
Выбирается из ряда: 0,3; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 10,0; 15; 20,0; 50,0; 100,0; 200, 0 мм.
На практике могут использоваться тензорезисторы с базами менее 0,3 мм и более 200 мм.
Номинальное (начальное) сопротивление R0 – это сопротивление в отсутствии деформации.
Для проводниковых номинальное сопротивление из ряда: 50, 100, 200, 400, 800 Ом или из ряда: 60, 120, 350, 700, 1000 Ом.
Значения R0 меньшие чем 50 Ом и большие 1000 Ом устанавливаются соответствующими ТУ.
R0 полупроводниковых тензорезисторов может достигать десятков килоом.

Основные характеристики некоторых тензорезисторов
Допустимая деформация εl доп ‒ максимальная деформация, при кото-рой отсутствует остаточная деформация и разрушение тензорезис-тора.
Для большинства тензорезисторов εl доп = (3÷5)∙10-3 мкм/м.
Диапазон зависит от длины базы и достигает единиц процентов.
У ненаклеиваемых (свободных) проволочных и жидкостных может достигать 15 % и 60 %.
Для полупроводниковых составляет (0,1‒0,2) %.

Факторы погрешностей: изменение температуры, явление ползучес-ти, нелинейность и гистерезис характеристики преобразования.
При изменении температуры наблюдается так называемая кажу-щаяся деформация:
Термокомпенсированные тензорезисторы, когда материал ЧЭ имеет значение температурного коэффициентом линейного расширения близкое к коэффициенту расширения материала детали.
Термокомпенсированные тензорезисторы изготавливаются для установки на материалы с различными температурными коэффици-ентами линейного расширения, например выбираемыми из ряда 12.10-6, 17.10-6, 23.10-6, 65.10-6 оС.

Второй способ уменьшения температурной погрешности - самоком-пенсирующих тензорезисторов, состоящих из двух частей.
Одна часть обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления, вторая – отрицательным.
Ползучесть - явление изменения сопротивления тензорезистора во времени при εl = const.
Погрешность до (0,05–0,2) %.
Погрешность линейности обусловлена зависимостью коэффициента тензочувствительности от приложенных механических напряжений. Погрешность от сотых долей до единиц процентов.
Суммарная погрешность от десятых (0,1–0,2) % до единиц (1–5) %.