1.4.1. Тензорезисторы

Тензорезистором называется полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого изменяется под воздействием механических усилий, вызывающих его деформацию.

У полупроводников от механических напряжений сильно зависит электропроводность, что позволяет использовать их для изготовления тензорезисторов. Полупроводниковые тензорезисторы во много раз чувствительнее проволочных металлических. Причиной изменения электропроводности полупроводников при деформациях является изменение межатомных расстояний в кристаллической решетке, влияющее на ширину запрещенной зоны и вызывающее заметное изменение концентрации носителей. Главной характеристикой тензорезисторов является тензочувствительность (рис. 1.4). Тензочувствительностью (К) называется отношение относительного изменения сопротивления (R) к относительному изменению длины (l) образца:

К = .                                                       (1.7)

Для полупроводниковых тензорезисторов величина К может достигать 100 – 200 и существенно зависеть от ориентации деформирующего усилия относительно кристаллографических осей полупроводникового кристалла. Тензочувствительность у полупроводников n-типа – отрицательна, так как при возрастании давления сопротивление уменьшается; у полупроводников р-типа тензочувствительность положительна. Практически коэффициент тензочувствительности может доходить до сотен со знаком «плюс» или «минус». Тензоэффект в полупроводниках практически безинерционен, что позволяет успешно применять тензорезисторы для измерения как статических деформаций, так и быстроменяющихся динамических.

Наряду с полупроводниками, высокочувствительными к деформациям определенного направления, существуют полупроводниковые материалы, чувствительные к всестороннему давлению (например, антимонид галлия с проводимостью n-типа) и пригодные для измерения гидростатического давления в жидкостях. Недостатками полупроводниковых тензорезисторов являются зависимость тензочувствительности от температуры и относительно большой температурный коэффициент сопротивления, без компенсации которого точность измерения статических деформаций снижается.

Основными параметрами тензорезисторов, кроме тензочувствительности (К) и температурного коэффициента сопротивления (ТКС), являются: номинальное сопротивление в отсутствие деформаций (R), температурный коэффициент тензочувствительности, геометрические размеры. Предельные эксплуатационные режимы тензорезисторов ограничены диапазоном рабочих температур, максимальным током, протекающим через датчик, максимальными механическими нагрузками (давлением, ускорением и т.д.) /1/.