Пьезорезисторы

Пьезорезисторы представляют собой самостоятельные модули и применяются в основном в качестве датчиков силы и давления.

Высокий уровень развития современной микроэлектронной технологии позволил формировать из кремния миниатюрные прецизионные пьезорезистивные структуры вместе с элементами термокомпенсации, усиления и электронной обработки сигналов. На этой основе созданы и промышленно выпускаются сотни наименований разнообразных микроэлектронных сенсоров для измерения силы, давления, механического напряжения, для фиксации даже легчайших прикосновений. Например, сенсоры давления компании Honeywell на основе кремниевых пьезорезисторов перекрывают диапазон давлений от единиц паскаля до десятков МПа, обеспечивая измерение с точностью ±0,1-3% [ [ 251 ]; http://content.honeywell.com/sensing/products].

Еще более высокую тензочувствительность имеют пьезорезисторы из эластомеров, которые изготавливают из резины, полиуретана и подобных упругих синтетических материалов, в состав которых включены электропроводящие частицы или волокна (например, графитовый или угольный порошок) [ [ 148 ] ]. Принцип действия пьезорезисторов из эластомеров показан на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Принцип действия пьезорезистивного сенсора из эластомера

При отсутствии внешней силы подвижный контакт только прикасается к электропроводящему эластомеру, и сопротивление между контактами довольно велико. Появление силы давления, действующей на подвижный контакт, приводит к деформации упругого слоя эластомера и к некоторому углублению контакта в этот слой. При этом одновременно уменьшается расстояние между контактами и между электропроводящими частицами в эластомере и увеличивается площадь контактной зоны. Вместе взятое, это приводит к заметному уменьшению электрического сопротивления. Типичный вид нелинейной зависимости электрического сопротивления от приложенной силы или от перемещения подвижного контакта (от величины деформации) показан на рис. 8.4справа.