Полупроводниковые тензорезисторы
Полупроводниковые тензорезисторы представляют из себя тонкие полоски из кремния p-типа, вырезанные в направлении оси [1, 1, 1], или из кремния п-типа, вырезанные в направлении оси [1, 0, 0]. Длина тензорезистора — 2...12 мм, ширина — 0,15...0,5 мм, начальное сопротивление лежит в диапазоне 50... 10000 Ом; коэффициент тензочув- ствительности — 50...200. На концах полоски имеются контактные площадки (0,25...0,6 мм), к которым присоединяются выводы.
Полупроводниковые тензорезисторы имеют ряд существенных преимуществ: чувствительность их в 50...60 раз превышает чувствительность проволочных, размеры существенно меньше, а высокий уровень выходного сигнала измерительных схем в ряде случаев не требует применения сложных и дорогих усилителей. Кроме того, сопротивление тензорезистора при одних и тех же размерах путём добавления соответствующих присадок и изменения технологии изготовления может быть изменено в очень широких пределах (от 100 Ом до 50 кОм) при коэффициенте тензочувствительности от -100 до +200. Однако высокий ТКС ограничивает область их применения.
Эластичные резистивные тензодатчики
Эластичные резистивные тензодатчики интенсивно используются для медико-биологических измерений, особенно при кардиоваскулярных (сердечно-сосудистых) и респираторных размерных и плетизмо- графических (объёмных) обследованиях.
Эти устройства обычно представляют собой узкую резиновую трубку (с внутренним диаметром 0,5 мм и внешним диаметром 2 мм) длинной от 30 до 250 мм, заполненную ртутью, пастообразным электролитом или проводящей пастой. Концы трубки герметично закрыты электродами (амальгамированные медь, серебро или платина). При растяжении такой трубки её длина увеличивается, а диаметр уменьшается, что приводит к увеличению сопротивления
где R0 — сопротивление и L0 — длина трубки в нерастянутом состоянии.
Сопротивление, приходящееся на единицу длины типичного эластичного тензодатчика, составляет приблизительно от 2 до 200 мОм/ мм. По сравнению с другими тензодатчиками эти устройства позволяют измерять намного больше перемещения.
Нелинейность эластичного тензодатчика не превышает 1 % для растяжений, составляющих 10 % (или менее) от максимального растяжения. При увеличении растяжения до 30 % от максимальной величины нелинейность достигает 4 % от полного диапазона. Начальная нелинейность (зона нечувствительности) связана с ненатянутостью трубки. Резиновым трубкам присуща долговременная ползучесть, однако для динамических измерений этот недостаток не имеет существенного значения.
При использовании рассматриваемых преобразователей возникает много проблем, например: обеспечение надёжного контакта ртути и электродов, обеспечение непрерывности ртутного столба, контроль дрейфа сопротивления, обусловленного относительно большим ТКС эластичного датчика. Кроме того, возникают трудности с точной калибровкой из-за сложности связей между массой и упругостью, напряжением и деформацией в комплексе ткань-тензодатчик. Из-за низкого сопротивления эти тензодатчики потребляют большую энергию.
