Чувствительность к деформации

В этой части анализируется свойство проводящих материалов изменять своё сопротив-ление при механической деформации проводящего образца (резистора). В физике это явление называется пьезорезистивным эффектом. В определенных случаях проявление эффекта является источником ошибок. Но для техники измерений данное явление может быть использовано с пользой: например, для регистрации реакции на оказываемое на материал давление σ. Известно определение давления:

σ = F/ s = E(dl/l), (4.9)

где F – сила, действующая на пьезорезистив- ный элемент длиной l и поперечным сечением s; E – модуль упругости.

Отношение dl/l = (нормированное изменение размера) называется деформацией.

Если переписать выражение (4.4) для сопротивления резистивного элемента в виде:

R = (ρ/v)l2, (4.10)

где v – неизменяемый в результате деформации элемента объём, и произвести его дифференцирование по параметру изменяющейся длины, получим

dR/dl = . . . . (4.11)

Относительное изменение сопротивления резистивного образца, имеющего, например, форму проволоки и подвергшегося деформации, можно в окончательном виде выразить как

dR/R = . . . (4.12)

и сделать вывод, что относительное изменение сопротивления прямо пропорционально деформации . Параметр Se называют коэффициентом чувствительности тензодатчика (так принято называть эти специально изготавливаемые резисторы). Для металлических тензодатчиков значение коэффициента лежит в пределах 2…6, для полупроводниковых оно значительно выше: 40…200. Какова размерность этого параметра?

Особенности современных тензодатчиков.

Резистивные чувствительные элементы с реактивным сопротивлением

Электрическая емкость. Емкостной датчик Если обратиться к следующему популярному элементу электроники – конденсатору, можно вспомнить, что отношение заряда на пластинах конденсатора к величине напряжения между ними (разность электрических потенциалов пластин) есть величина, постоянная для каждого конденсатора:

Q/V = С (4.13)

Это отношение (С) называется емкостью конденсатора. Если приложенное к пластинам напряжение изменяется, и в этом случае емкость С определяет скорость изменения заряда. Т.е., для емкости всегда справедливо:

dq/dt = C dV/dt = i. (4.14)

Значение емкости зависит от формы и взаимного расположения пластин, образующих конденсатор, а также от свойств вещества, заполняющего пространство между пластинами. Все это позволяет видеть в емкости полезный для измерений физический параметр – с её помощью можно регистрировать такие характеристики как расстояние, площадь, концентрация вещества, давление, сила и пр.

В электрической цепи, в которую емкость включают как чувствительный элемент, она может быть представлена своим реактивным сопротивлением, зависящим от степени скорости изменения заряда (иначе, от частоты протекающего тока):

V/I = . . . (4.15)

Вспомните, глядя на это известное соотношение, как связаны между собой временные изменения (начальные фазы) напряжения и тока для электрической емкости?