А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Напівпровідниковий тензорезистор

Напівпровідникові тензорезистори, так само як і звичайні резисторні ІП, використовувані в мостових вимірювальних приладах, можна живити як постійним, так і змінним струмом. Між мостовими пристроями змінного струму з напівпровідниковими тензорезисторами і пристроями зі звичайними дротяними тензорезисторами не спостерігається яких-небудь принципових пазлічій. У той же впемя в мостових схемах з напівпровідниковими тензорезисторами на постійному струмі при врівноважені, особливо в разі прецизійних вимірювань, необхідно враховувати ряд важливих факторів. Виходячи з цього, в подальшому викладі більше уваги приділено режимам роботи мостових вимірювальних пристроїв постійного струму.

Напівпровідникові тензорезистори застосовують значно рідше, ніж металеві, так як вони сильніше схильні до зовнішніх впливів і складніше в експлуатації. Їх використовують для вимірювання порівняно короткострокових деформацій в інтервалі від 1СГ8 до 10 - 3 при помірних температурах. В основному їх застосовують у складі датчиків силових і кінематичних величин, для яких важлива підвищена чутливість і допустима більш висока похибка.

Напівпровідниковий тензорезистор - це напівпровідниковий резистор, в якому використовується залежність електричного опору від механічних деформацій.

Напівпровідниковий тен-зодатчік. | Схема включення тензодатчика. напівпровідникові тензорезистори зазвичай застосовуються для динамічних вимірювань в широкому діапазоні частот. Як правило, тензорезистори включаються в ланцюг або за схемою подільника напруги або по бруківці схемою.

Напівпровідникові тензорезистори, на відміну від дротяних і фольгових, мають дуже малі розміри, високу чутливість (на два порядки вище) і високий рівень вихідного сигналу[40 i. Удельная электрическая проводимость полупроводника при данной температуре, обусловленная ионизацией примесей, определяется концентрацией носителей заряда и их подвижностями.
Сверлильный динамометр с полупроводниковыми тензометрами. Полупроводниковые тензорезисторы имеют чувствительность примерно в 50 раз более высокую, чем проволочные тензодатчики, однако обладают меньшим диапазоном измерения деформаций. Перспективным является использование полупроводниковых датчиков в виде балочки или мембраны из монокристаллического сапфира или другого полупроводника с встроенной мостовой схемой. На рис. 274 дан пример использования полупроводниковых тензометров для измерения крутящего момента при сверлении.
Полупроводниковые тензорезисторы применяют значительно реже, чем металлические, так как они сильнее подвержены внешним воздействиям и сложнее в эксплуатации. Их используют для измерения сравнительно кратковременных деформаций в интервале от 1СГ8 до 10 - 3 при умеренных температурах. В основном их применяют в составе датчиков силовых и кинематических величин, для которых важна повышенная чувствительность и допустима более высокая погрешность.
Проволочный тензорезистор.| Фольговые тензорезисторы. Полупроводниковые тензорезисторы, сохраняя преимущества, присущие проволочным и фольговым гензорезисторам.
Полупроводниковые тензорезисторы являются монокристаллами, и в принципе их размерные изменения не влияют на ползучесть.
Полупроводниковые тензорезисторы обычно изготовляются непосредственно вырезанием из монокристалла полупроводникового материала. Это дорого и отнимает сравнительно много времени. В связи с этим ведутся интенсивные исследования с целью получения полупроводниковых тензорезисторов с нужными характеристиками на основе других возможных технологических процессов. Одна из возможностей заключается, например, в выращивании монокристаллов в виде усов путем конденсации паров.
Промышленные полупроводниковые Тензорезисторы выполняются на базе германия и кремния р - или я-типа.
Полупроводниковые тензорезисторы дискретного типа редстав-ляют собой тонкие полоски из кремния р-типа, вырезанные в направлении оси[1113, или из кремния n - типа, вырезанные в направлении оси[100]; застосовується також германій р і n - типів. На кінцях смужки розташовані контактні площадки, до яких припаиваются висновки; довжина контактної площадки 025 - 0 6 мм. Напівпровідникові тензорезистори мають довжину 2 - 12 мм, ширину 015 - 0 5 мм.

Напівпровідникових тензорезисторів, технології їх виготовлення, досвіду експлуатації, конструювання на їх базі різного типу перетворювачів, перспективам їх використання та інших питань присвячена велика періодична і патентна література.

Вольт-амперна характеристика тензорезистора. Напівпровідникових тензорезистором називають перетворювач лінійної деформації в зміна активного опору, принцип дії якого заснований на тензорезистивного ефекті, а чутливий елемент його виконаний з напівпровідника.

Розробкою напівпровідникових тензорезисторів у нас в країні займаються Новосибірський електротехнічний інститут, Московський енергетичний інститут (МЕІ), Інститут машинознавства (маєш), Львівський політехнічний інститут і деякі інші організації. На рис. 5 схематично показано кілька типів напівпровідникових тензорезисторів.

Недоліком напівпровідникових тензорезисторів є залежність їх коефіцієнта тензочутливості від температури. У роботах[5, 52]наведені схеми лінеаризації характеристик тензорезисторів.

Недоліками напівпровідникових тензорезисторів є нелінійність статичної характеристики і залежність результатів вимірювання від температури. Для зменшення температурних похибок застосовують різні схеми термокомпенсации.

Залежність ВІДНОСНОГО зміни опору тензорезнстора, виготовленого на кремнії р-типу, від відносної деформації. Недоліками напівпровідникових тензорезисторів є залежність тензо-чутливості від температури і відносно великий температурний коефіцієнт опору, без компенсації якого точність вимірювання статичних деформацій знижується.

Схеми включення тензорезисторов. Основа напівпровідникових тензорезисторів - кристал кремнію або германію. Знак тензоеффекта (при розтягуванні) в напівпровідниках н-типу провідності негативний, а /- типу позитивний. Провідність /- т і па мають гензорезістори КГД.

У напівпровідникових тензорезисторів нелінійність настільки велика, що вона повинна бути врахована поряд з нелінійністю моста; в сукупності нелінійність в цілому зменшується.

Вибір напівпровідникового тензорезистора визначається насамперед завданням вимірювання.

схеми розташування на валу тензорезисторов при вимірюванні крутного моменту ТР - тензорезистори. ТС - струмознімальних пристрій. Застосування високочутливих напівпровідникових тензорезисторів в деяких випадках дозволяє проводити вимірювання без використання підсилювачів.

У дротяних і напівпровідникових тензорезисторів початковий опір Ro залежить від підводиться до тензорезистор електричної потужності (пор. Крім того, особливо у напівпровідникових тензорезисторів, відбувається помітна зміна підводиться до тензорезистор електричної потужності внаслідок порівняно великої зміни опору під впливом механічного навантаження. Ця зміна потужності залежить також від умов харчування.

Кремністор - напівпровідниковий тензорезистор на основі ниткоподібних монокристалів кремнію з величиною допустимої поздовжньої деформації до 0 8 - 1%; характеризується дуже високою стабільністю: до 0002% протягом 2 років.

для наклейки напівпровідникових тензорезисторів потрібно сполучна, що забезпечує малу повзучість і хорошу адгезію до металевої поверхні. З цієї точки зору підходящої є фенольна смола гарячого затвердіння, оскільки вона, з її високою температурою затвердіння, забезпечує малу похибку повзучості, яка в заданому робочому температурному діапазоні від - 20 до 60 С майже не залежить від температури.

Принцип дії напівпровідникового тензорезистора заснований на тензорезистивного ефекті - на зміні електричного опору напівпровідника під дією механічних деформацій.

Основними властивостями напівпровідникових тензорезисторів на відміну від металевих дротяних і фольгових тензорезисторов є малі розміри, дуже високі коефіцієнти тензочутливості (на два порядки вище, ніж у дротяних тензорезисторів), високий рівень вихідного сигналу вимірювальних схем. Найважливіша особливість напівпровідникових тензорезисторів - це можливість виготовлення їх з різними механічними і електричними властивостями, що нездійсненно в дротяних тензорезисторів.

Найважливішою особливістю напівпровідникових тензорезисторів є можливість зміни в широких межах їх механічних і електричних властивостей, що принципово нездійсненно в дротяних і фольгових тензорезистор. Наприклад, при одних і тих же геометричних розмірах опір напівпровідникового тензорезистора може лежати в межах від десятків ом до десятків кіло, а коефіцієнт тензочутливості - від - 100 до 200 і вище.

Певні недоліки напівпровідникових тензорезисторів пов'язані із залежністю їх опору від температури. На рис. 10.2 наведена залежність відносної зміни опору кремнієвого тензорезистора від температури.

До недоліків напівпровідникових тензорезисторів слід віднести їх малу механічну міцність, високу чутливість до впливу зовнішніх умов і істотний розкид характеристик від зразка до зразка.

До недоліків напівпровідникових тензорезисторів слід віднести їх малуй механічну міцність, високу чутливість до впливу зовнішніх умов і істотний розкид характеристик від зразка до зразка.

Суттєва перевага напівпровідникових тензорезисторів полягає в їх високому коефіцієнті К.

Акселерометри на напівпровідникових тензорезисторів моделей BWH101 - BWH401 придатні для вимірювання статичних і динамічних прискорень. Їх особливою перевагою є можливість роботи в частотному діапазоні від 0 Гц, в якому п'єзоелектричні акселерометри непрацездатні. Вимірювання статичного прискорення (0 Гц) допускає виключно просту і дуже точну градуювання шляхом порівняння з прискоренням сили тяжіння (див. Розд. З огляду на високу вартість напівпровідникових тензорезисторів, їх застосування необхідно аргументувати в кожному конкретному випадку проведення вимірювань. . Температурна характеристика опору напівпровідникових тензорезисторів залежить від легування кристала. Як показують рівняння (612) і (613), що здається поздовжню деформацію можна, крім того, значно зменшити за рахунок узгодження теплових коефіцієнтів лінійного розширення підкладки та тензорезистора або з огляду на тепловий коефіцієнт лінійного розширення.

У системах з напівпровідниковими тензорезисторами ці вимоги враховані і функціональні блоки поставляються в спеціальних корпусах. Для утопленого монтажу на щитах придатні герметичні корпуса з високим ступенем захисту, в яких можуть розміщуватися функціональні блоки з вдвіжним виконанням. При особливо важких умовах експлуатації найважливіші функціональні блоки розміщують в литих корпусах зі ступенем захисту IP54 так що їх можна монтувати безпосередньо поруч з ВП.

ІП тиску з напівпровідниковими тензорезисторами серії DWH5 - DWH200 можуть застосовуватися для вимірювання як статичних, так і динамічних тисків. Головна їх область застосування - виробнича вимірювальна техніка. ІП тиску допомагають дистанційно вимірювати тиску газів і рідин. Вони використовуються для контролю і регулювання виробничих процесів. Крім того, IP тиску з напівпровідниковими тензорезисторами допомагають вирішувати різні проблеми вимірювання тисків, що виникають при наукових дослідженнях у багатьох областях техніки.

Для динамометрів на напівпровідникових тензорезисторів характерно, що наявність поперечної складової сили практично не відбивається на їх свідченнях. Але за рахунок температурних напружень можливе виникнення настільки великих зусиль, що вони можуть викликати пошкодження динамометра (фіг. . ІП переміщення на напівпровідникових тензорезисторів є перетворювачами відносного переміщення. З їх допомогою можливі вимірювання переміщень, зсувів і положення об'єкта в найбільш важливому для техніки діапазоні від декількох мікрон до 40 мм.

ІГЛ переміщення на напівпровідникових тензорезисторів не є прецизійними приладами в порівнянні з вимірювальними інструментами мікрометричного або важільно-ме-механічного типу. Але в технічному відношенні з цими ІП можуть конкурувати тільки оптичні. Більш висока ціна напівпровідникових ІП компенсується можливістю їх використання в телеметрії, а також можливостями кодування і перетворення в цифрову форму вихідного сигналу.

ІП переміщення на напівпровідникових тензорезисторів моделей WWH101201301 401501 і 141 в комплекті з вторинними електронними приладами (переважно на напівпровідниках) служать для вимірювання лінійних подовжень, переміщень і амплітуд коливань малої частоти.

Для динамометрів на напівпровідникових тензорезисторів типу KVVH, як правило, необхідно харчування близько 4 В.

Напівпровідникові тензорезистори (схематичне зображення. А - кремнієвий тензорезистор. Б - германієвого (дендритних тензорезистор. В - тензорезистор з підкладкою фірми Кі-ОВЕ. Г - напівпровідникові тензопре-просвітників на базі тунельного діода. У статті[65]Описані напівпровідникові тензорезистори, що представляють собою металеву пластинку в формі диска з керамічної підкладкою, на яку в вакуумі напилю чотири кремнієвих елемента, включених по мостовій схемі.

на папір пінцетом накладають напівпровідниковий тензорезистор, распрямляют його і злегка притискають тампоном.

з огляду на велику чутливості напівпровідникових тензорезисторів (К - 120 ) можливе використання вихідного сигналу таких ІП без подальшого посилення.

Основним матеріалом для виготовлення напівпровідникових тензорезисторів в даний час є кремній. Це пояснюється не тільки тим, що кремній краще за інших напівпровідників задовольняє переліченим вимогам для виготовлення тензорезисторов, а й тим, що властивості кремнію досліджені найбільш детально, налагоджено промислова технологія отримання однорідних монокристалів кремнію е малим числом дефектів, що, в свою чергу, дозволяє вибирати матеріал з потрібними параметрами і відомий температурної залежністю питомої опору, а також полегшує створення невипрямляющімі контактів.

Основними матеріалами для виготовлення напівпровідникових тензорезисторів в даний час є кремній і германій. Це пов'язано не тільки з тим, що кремній і германій краще за інших напівпровідників задовольняють перерахованим вимогам для виготовлення тензорезисторов. В основному це пояснюється тим, що властивості кремнію і германію досліджені більш детально, налагоджено промислова технологія отримання однорідних монокристалічних злитків з малим числом дефектів, що, в свою чергу, дозволяє вибирати матеріал з потрібними параметрами і відомої температурної залежністю питомої опору, а також полегшує створення невипрямляющімі контактів.

Незважаючи на високу чутливість напівпровідникових тензорезисторів, їх використовують порівняно рідко через нелінійності характеристики і труднощів компенсації різних теплових ефектів.