Современная электроника №2/2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 39 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2023 Тензодатчики и тензорезисторы для вендинговых аппаратов и современной РЭА Рис . 1. Схематичный вид плёночного тензорезистора В статье описан принцип работы тензорезисторов как перспективных радиоэлементов для разработки контрольно - измерительной техники . На основе имеющихся примеров предложен обзор разных типов тензодатчиков , обоснованы перспективы разработок РЭА в метрологической отрасли , что очень важно в условиях импортозамещения . Андрей Ласорла В современной электронике как элементы датчиков перемещений , и особенно деформаций , широко применяют тензорезисторы . В осно - ве их работы лежит тензоэффект  – способность некоторых материалов менять электрическое сопротив - ление при деформировании ( сжа - тии , скручивании , растяжении ), а также закономерности деформа - ции упругого тела , открытые в XVII веке Робертом Гуком и описанные как закон Гука . Тензорезисторы ( от лат . tensus – напряжённый и лат . resisto – сопротивляюсь ), по сути , – это резистор с изменяемым в зависи - мости от механической деформации рабочей поверхности сопротивлени - ем . Таково « официальное » опреде - ление . Полезный функционал тен - зорезисторов стал востребован после открытия эффекта изменения удель - ного сопротивления металлического проводника под действием всесто - роннего сжатия ( гидростатическо - го давления ) в 1856 г . Кельвином и в 1881 г . О . Д . Хвольсоном . Пионера - ми в практических измерениях дефор - маций были Е . Е . Симмонс ( Калифор - нийский технологический институт ) и Л . С . Руже ( Массачусетский техно - логический институт ). В 1938 г . они применили образцы тензорезистора с монтажом на клеевой основе . Это были прототипы распространённых в современном мире тензорезисто - ров различного назначения . Однако технологии производства как отдельных элементов , так и дат - чиков из нескольких тензорезисто - ров претерпевали изменения . Пер - вые тензорезисторы изготавливались из константана , никеля , нихрома , а современные производятся с участи - ем полупроводников – кремния , арсе - нида галлия и др . Тензочувствитель - ность полупроводниковых датчиков в 50...100 раз больше , чем у « метал - лических » анахронизмов эпохи . Так , сопротивление проволочных датчи - ков составляет десятки и сотни Ом , полупроводниковых – тысячи Ом при погрешности измерений менее 1%. Этот параметр также принято назы - вать « значение нуля ». С развитием НТ - прогресса прин - цип работы тензорезисторов остался прежним , он основан на изменении под воздействием давления и меха - нической деформации геометриче - ских размеров элемента и соответ - ственно сопротивления элемента , включённого в электрическую цепь . По условной формуле : R = PL / S , где S – поперечное сечение проводника тензорезистора , L – длина проводни - ка . При механическом воздействии S стремится к уменьшению значе - ния , а L – к увеличению за счёт рас - тяжения тензорезистора . Или так : Е = L R / RK f , где L – относительное изменение длины проводящего эле - мента тензорезистора ; L R / R – относи - тельное изменение сопротивления тензорезистора ; K f – коэффициент тензочувствительности . Чувствительность тензорезистора характеризуется безразмерным пара - метром – коэффициентом чувствитель - ности K f . Тензорезисторы по конструк - ции и способу изготовления могут быть плёночными металлическими или фольговыми константановыми . Для первых параметр K f слабо зависит от деформации и немного превышает 2. Типичные значения коэффициента тензочувствительности для разных материалов приведены в табл . 1. На рис . 1 представлен c хематичный вид пленочного тензорезистора . Тонкая решётка из фольги , уло - женная змейкой и запрессованная на фенольную плёнку , под механическим воздействием испытывает деформа - цию вместе с упругим элементом , что влечёт изменение электрических свойств элемента . На рис . 2 схематич - но показаны особенности изменения Таблица 1 . Некоторые типичные значения коэффициента тензочувствительности для разных материалов Материал Коэффициент тензо - чувствительности Металлическая фольга 2–5 Тонкая металлическая плёнка ( к примеру , константановая ) 2 Монокристаллический кремний От –125 до +200 Поликристаллический кремний 30 Тонкоплёночные резистивные материалы 100