Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké učení technické ...

Mikrosenzory a mikromechanické systémy 395.4 Odporové tenzometryTenzometrický rezistor (tenzometr) je odporový senzor, u něhož je změna elektrickéhoodporu závislá na změně deformací tenzometru (tj. změny geometrických rozměrů, případnězměna krystalografické orientace tenzometru) a na změně teploty prostředí. Pojem deformaceje v této kapitole omezen na deformaci způsobenou tahem nebo tlakem.Tenzometry lze rozdělit podle materiálu a konstrukce na:• tenzometry kovové (drátkové, foliové a napařované),• polovodičové (monokrystalické, polykrystalické).Tenzometrický rezistor se obvykle skládá z vlastního snímače a podložky, kterázajišťuje přenos deformace z povrchu měřeného objektu na vlastní čidlo. Současně tvořípodložka elektrickou izolaci. Podložka se na povrch měřeného objektu lepí speciálnímilepidly (epoxidové pryskyřice, celuloid atd.).Elektrický odpor R homogenního tělesa (vodič nebo polovodič) je přímo úměrný délcevodiče l a nepřímo úměrný průřezu vodiče. Změna odporu ∆R je dána závislostí na změně tétodélky vodiče a jeho průřezu.Platí vztah:∆R= α pp( 5.1 )Rkde p je tlak a α p je tlakový součinitel, který je různý pro různé materiály.Podle konstrukce můžeme rozdělit tenzometry na• tenzometry s volným odporovým článkem. Odporové drátky tenzometru jsou uchycenymezi soustavu držáků. Výhodou tohoto uspořádání je jednoduchý přenos deformace, maláhystereze a malý posun nulového bodu snímače. Nevýhody jsou náročné mechanickéuspořádání a problémy s nízkým rezonančním kmitočtem.• tenzometry lepené. Odporový článek je vytvořený na podložce, která se dále přilepí naměřený objekt. Z klasických materiálů se nejčastěji používá konstantan. Tenzometr sevyrábí s různou konstrukcí, odporové vedení se obvykle vyrábí ve tvaru mřížky.• polovodičové tenzometry. Tyto tenzometry se vyrábí z křemíkového materiálu z důvoduzanedbatelné mechanické a krystalografické hystereze a použitelnosti pro širší rozsahteplot. Vyrábí se buď řezáním, broušením či leptáním monokrystalu nebo planárně difúznítechnologií na křemíkový substrát. Polovodičové tenzometry se lepí buď nafenolformaldehydovou podložku nebo přímo na měřený objekt. V porovnání s kovovýmitenzometry jsou polovodičové mnohem citlivější. Nevýhodou je však velká odchylka odlineární charakteristiky a značná teplotní závislost. Typické parametry polovodičovýchtenzometrů uvádí Tabulka 5.1.Tabulka 5.1: Vlastnosti polovodičových materiálů používaných pro tenzometryMateriál Křemík Křemík Germanium GermaniumTyp polovodiče Typ P Typ N Typ P Typ NMěrný odpor 0,017-0,02 0,35 1 0,25Jmenovitý odpor při 20 ° C 100-350 100-400 50-500 50-300