Что такое пьезорезистор и как он работает. Какие бывают виды пьезорезисторов. Где применяются пьезорезисторы в современной технике. Каковы преимущества и недостатки пьезорезисторов.
Что такое пьезорезистор и принцип его работы
Пьезорезистор (также называемый тензорезистором) — это электронный компонент, электрическое сопротивление которого изменяется под действием механической деформации. Принцип работы пьезорезистора основан на пьезорезистивном эффекте.
Пьезорезистивный эффект заключается в изменении удельного сопротивления материала при его деформации. Этот эффект наблюдается как в металлах, так и в полупроводниках, но в полупроводниках он выражен значительно сильнее.
Как работает пьезорезистор:
- При отсутствии деформации пьезорезистор имеет некоторое начальное сопротивление R0.
- При приложении механического напряжения (растяжения или сжатия) происходит деформация материала пьезорезистора.
- Деформация вызывает изменение удельного сопротивления материала.
- В результате изменяется общее сопротивление пьезорезистора R.
- Относительное изменение сопротивления ΔR/R0 пропорционально приложенной деформации.
Таким образом, измеряя изменение сопротивления пьезорезистора, можно определить величину его деформации и, соответственно, приложенное механическое напряжение или силу.
Виды пьезорезисторов
Существует несколько основных видов пьезорезисторов:
1. Металлические пьезорезисторы
Это наиболее простой и распространенный тип. Представляют собой тонкую металлическую проволоку или фольгу, наклеенную на упругую подложку. При деформации подложки происходит растяжение или сжатие проволоки, что вызывает изменение ее сопротивления.
2. Полупроводниковые пьезорезисторы
Изготавливаются из полупроводниковых материалов, обычно кремния или германия. Обладают значительно большей чувствительностью по сравнению с металлическими. Существуют следующие разновидности:
- Диффузионные — создаются путем диффузии примесей в кремниевую подложку
- Ионно-легированные — формируются методом ионной имплантации
- Эпитаксиальные — выращиваются на поверхности подложки
3. Тонкопленочные пьезорезисторы
Формируются путем напыления тонкой пленки резистивного материала (металла или полупроводника) на подложку. Позволяют создавать миниатюрные и высокочувствительные датчики.
Применение пьезорезисторов в современной технике
Благодаря своей способности преобразовывать механические воздействия в электрический сигнал, пьезорезисторы нашли широкое применение в различных областях техники:
Датчики давления
Пьезорезисторы используются для создания высокоточных датчиков давления. Они размещаются на упругой мембране, которая деформируется под действием давления. Изменение сопротивления пьезорезисторов позволяет определить величину давления.
Акселерометры и датчики вибрации
В этих устройствах пьезорезисторы крепятся к инерционной массе. При ускорении или вибрации масса воздействует на пьезорезисторы, вызывая изменение их сопротивления. Это позволяет измерять ускорение и параметры вибрации.
Тензометрические весы
Пьезорезисторы, размещенные на упругом элементе, позволяют создавать высокоточные электронные весы. Деформация упругого элемента под действием веса преобразуется в электрический сигнал.
Датчики силы и крутящего момента
Пьезорезисторы, установленные на деформируемых элементах, позволяют измерять приложенные силы и моменты в различных механизмах и конструкциях.
Преимущества и недостатки пьезорезисторов
Пьезорезисторы обладают рядом преимуществ, благодаря которым они широко используются в измерительной технике:
- Высокая чувствительность, особенно у полупроводниковых пьезорезисторов
- Простота конструкции
- Небольшие размеры и вес
- Возможность измерения статических и динамических деформаций
- Линейная зависимость выходного сигнала от деформации
- Низкая стоимость
Однако у пьезорезисторов есть и некоторые недостатки:
- Температурная зависимость характеристик
- Гистерезис и ползучесть при длительных нагрузках
- Необходимость температурной компенсации
- Чувствительность к электромагнитным помехам
Несмотря на эти недостатки, пьезорезисторы остаются одним из наиболее распространенных типов преобразователей механических величин в электрический сигнал благодаря своей простоте и высокой чувствительности.
Сравнение пьезорезисторов с другими типами датчиков
Пьезорезисторы имеют ряд особенностей по сравнению с другими типами датчиков механических величин:
Пьезорезисторы vs пьезоэлектрические датчики
Основное отличие заключается в принципе работы:
- Пьезорезисторы изменяют свое сопротивление при деформации
- Пьезоэлектрические датчики генерируют электрический заряд при деформации
Пьезорезисторы лучше подходят для измерения статических нагрузок, в то время как пьезоэлектрические датчики более эффективны для динамических измерений.
Пьезорезисторы vs емкостные датчики
Емкостные датчики основаны на изменении емкости при деформации. По сравнению с ними пьезорезисторы:
- Имеют более простую конструкцию
- Менее чувствительны к электромагнитным помехам
- Обладают более линейной характеристикой
Однако емкостные датчики могут обеспечивать более высокую точность в некоторых применениях.
Перспективы развития пьезорезистивных технологий
Несмотря на то, что пьезорезисторы используются уже много лет, эта технология продолжает развиваться. Основные направления совершенствования включают:
- Разработку новых пьезорезистивных материалов с улучшенными характеристиками
- Создание наноразмерных пьезорезисторов для применения в микро- и наноэлектромеханических системах (МЭМС и НЭМС)
- Интеграцию пьезорезисторов с электронными схемами обработки сигнала на одном чипе
- Разработку методов компенсации температурной зависимости и других нежелательных эффектов
Эти разработки позволят создавать еще более миниатюрные, точные и надежные датчики на основе пьезорезисторов для различных применений в технике и электронике.
Пьезорезисторы ( Тензорезисторы)
Если на металлическую проволоку действует сила, которая растягивает ее, то в результате деформации длина проволоки несколько увеличивается, а площадь поперечного сечения несколько уменьшается. Из-за этого электрическое сопротивление проволоки возрастает. Такое явление называют пьезорезистивным (от греческого корня) или тензорезистивным (от латинского корня) эффектом.
Значительно более высокую тензочувствительность, чем металлические, имеют полупроводниковые
Магниторезистивные сенсоры
В
магниторезистивных сенсорах используется
способность некоторых материалов
существенно изменять свою электропроводность
в зависимости от направления и
напряженности внешнего магнитного
поля. К таким материалам относятся,
например, пленки пермаллоя ().
Чаще всего применяют структуру, в которой
чувствительный элемент состоит из 4
пленочных резисторов из пермаллоя,
напыленных на поверхность кремния и
соединенных в виде мостовой измерительной
схемы.
5.3 Емкостные сенсоры
Не менее широко для создания сенсоров используют изменения электроемкости чувствительных элементов под влиянием факторов, которые надо контролировать. На рис. 5.3, в качестве примера, в продольном сечении показан цилиндрический конденсатор, в котором внутренний цилиндрический электрод 1 может двигаться вдоль оси цилиндра относительно внешнего цилиндрического электрода 2.
Рис. 5.3 Цилиндрический конденсатор с подвижной сердцевиной как сенсор линейного перемещения
Электрическая емкость цилиндрического конденсатора, как известно, описывается формулой
(5.3) |
где
–
электрическая постоянная;
и
–
радиусы внутренней и внешней обкладок
конденсатора;
–
длина зоны взаимодействия цилиндров.
Поэтому в достаточно широком диапазоне
емкость пропорциональна длине
,
т.е. является линейной функцией перемещения
сердцевины. Такие конденсаторы успешно
используют для точного преобразования
в электрический сигнал взаимного
положения и перемещения тел.
Электрическая емкость плоского конденсатора описывается, как известно, формулой
(5.4) |
где
–
площадь его пластин;
–
расстояние между ними;
–
диэлектрическая проницаемость материала
между пластинами. Изменение любой из
этих величин приводит к изменению
емкости и таким образом может быть
зафиксировано. Например, в классических
конденсаторах переменной емкости одна
группа металлических пластин при
повороте вокруг оси сдвигается
относительно другой. При этом изменяется
площадь их взаимодействия
и
соответственно электрическая емкость.
Такой конденсатор можно использовать,
например, как чувствительный элемент
в сенсоре угла поворота.
. Примерами ёмкостных электрических сенсоров являются, а) сенсор линейного перемещения, в котором при перемещении внутреннего стержня цилиндрического конденсатора изменяется его ёмкость; б) сенсор давления, в котором ёмкость плоского конденсатора меняется при изменении внешнего давления и соответственно расстояния между пластинами; в) сенсор уровня жидкости, в котором емкость измерительного конденсатора прямо зависит от уровня жидкости; г) гребенчатые газовые сенсоры, в которых ёмкость между двумя гребенчатыми электродами меняется в зависимости от наличия и концентрации в атмосфере молекул определенных паров или газов.
1094451659 1094-4516-59 пьезорезистор piezoresistor hilight v4 цена
Главная страница → Каталог → Световые мачты и Запчасти → Запасные части Atlas Copco HiLight → 1094451659 Пьезорезистор
Запасные части Atlas Copco HiLight
1094451659 Пьезорезистор
Рейтинг товара:
(5 из 5)
Наличие и цены:
Только по запросу!!!
Производитель:
Atlas Copco Оriginal Parts
Категория:
Запасные части Atlas Copco HiLight
Артикул:
AC-1094451659
Артикул производителя:
AC-1094451659
Старая цена с НДС:
По запросу
Для поиска по сайту используйте полный или частичный Партномер без букв, пробелов и тире или напишите запрос на e‑mail order@tovarnasklade.
ru
🔥Актуальные цены, наличие, сроки поставки только по запросу🔥
Обязательное(!) условие европейских производителей для получения предложения на запасные части и материалы:
— Наименование Заказчика
— ИНН Заказчика
— Название и серийный номер оборудования
🔥Почту читаем без выходных🔥
Piezoresistor
Осветительные мачты дизельные Atlas Copco HiLight необходимо купить, если стоит задача организовать освещение, когда централизованные источники электроснабжения либо труднодоступны, либо отсутствуют
Оригинальные запчасти и материалы Atlas Copco
Продукция концерна Atlas Copco отличается высокой унификацией комплектующих. Взаимозаменяемость запасных частей у продукции Atlas Copco колеблется от 40 до 80%. Многие запчасти взаимозаменяемы внутри продукции концерна Atlas Copco и имеют одинаковый парт-номер по каталогу запасных частей совершенно разной техники
Совместимость запасной части с различными моделями и марками оборудования концерна Atlas Copco уточняйте при заказе по номеру запасной части, серийному номеру и марке изделия
Серийный номер продукции Atlas Copco указан на шильде оборудования
Внимание! Стандартный срок сервисной поддержки оборудования концерна Atlas Copco составляет 10 лет.
По окончании этого срока концерн Atlas Copco не гарантирует наличие запасных частей и комплектующих для продукции, снятой с производства
Для надежной работы оборудования используйте только оригинальные запчасти Atlas Copco от официального сервис-партнёра!
1094451659-AC
На сайте выложен не весь ассортимент оборудования и запасных частей
Для получения деталировок (взрыв-схем) и при заказе запасных частей просим высылать главный основной шилд оборудования (general data plate) на наш e‑mail [email protected]
Отправить запрос
Ваш E-mail
Ваш телефон*
Ваше имя*
Согласие на обработку персональных данных*
Запрос / Реквизиты плательщика
Пьезорезистивный эффект в преобразователях и сенсорах| Блог системного анализа
Ключевые выводы
Изменение электрического сопротивления при механическом напряжении называется пьезорезистивным эффектом.
Преобразователи и датчики, работающие на принципе пьезорезистивного эффекта, используются в автомобилях и коммерческих устройствах для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот.
Пьезорезистивный эффект отличается от пьезоэлектрического тем, что пьезоэлектрический — это свойство материала генерировать напряжение при приложении силы, тогда как пьезорезистивный эффект относится к сопротивлению материала изменению.
Производители автомобилей используют пьезорезистивные акселерометры в автомобильных системах безопасности
Датчики и преобразователи используются в коммерческих устройствах для измерения или преобразования одной формы энергии, такой как сила, ускорение и давление, в другую форму энергии . Пьезорезистивные датчики и преобразователи используют пьезорезистивный принцип для обнаружения или преобразования механических входных сигналов.
Изменение электрического сопротивления металла или полупроводникового материала при механическом напряжении является основным принципом, определяющим пьезоэлектрический эффект.
Давайте подробнее рассмотрим пьезорезистивный эффект и то, как механическая деформация влияет на электрическое сопротивление в металлах и полупроводниках.
Электрическое сопротивление металлов и полупроводников
Электрическое сопротивление R металла прямо пропорционально его удельному сопротивлению и длине l материала. Он находится в обратной зависимости от площади поперечного сечения а металла. Всякий раз, когда есть какое-либо изменение в геометрических размерах, электрическое сопротивление будет меняться.
Например, электрическое сопротивление увеличивается при увеличении длины металла, когда все остальные параметры остаются постоянными. Когда площадь поперечного сечения увеличивается, сопротивление уменьшается. Удельное сопротивление является свойством материала, и изменение удельного сопротивления увеличивает электрическое сопротивление.
В полупроводниках перераспределение дырок в валентной зоне при механическом напряжении вызывает изменение сопротивления. Когда полупроводник подвергается механической деформации, дырки перескакивают с более высокой энергии на более низкую энергию, и энергетические зоны деформируются. Подвижность дырок и деформация энергетических зон увеличивает удельное сопротивление, что увеличивает сопротивление.
Пьезорезистивный эффект
Когда к металлу или полупроводнику прикладывается внешняя сила или напряжение, его электрическое сопротивление изменяется, изменение электрического сопротивления при механическом напряжении называется пьезорезистивным эффектом. Изменение сопротивления из-за внешнего воздействия более заметно в полупроводниках по сравнению с металлами.
Пьезорезистивный эффект отличается от пьезоэлектрического эффекта. При пьезоэлектрическом эффекте механическое напряжение или приложенная внешняя сила создают напряжение на устройстве.
Это отличается от пьезорезистивного эффекта тем, что эффект вызывает только изменение сопротивления.
Пьезорезистивные преобразователи
Пьезоэлектрические преобразователи используют пьезорезистивный эффект для преобразования физических величин в электрические величины. Пьезорезистивный преобразователь используется, когда необходимо измерить изменение механического воздействия на конструкцию. Изменение механической величины является входом пьезорезистивного преобразователя. В пьезорезистивном преобразователе используются пьезорезисторы для преобразования входного сигнала в электрический выходной.
Обычно пьезорезисторы подключаются с помощью моста Уитстона с постоянным источником питания постоянного тока. Когда механический вход пьезорезистивного преобразователя равен нулю, мост Уитстона уравновешен, и выходной сигнал преобразователя равен нулю.
При механическом воздействии на пьезорезистивный преобразователь электрическое сопротивление пьезорезистора также изменяется.
Это изменение делает мост Уитстона неуравновешенным. Неуравновешенный мост генерирует электрическое напряжение, пропорциональное механическому входу пьезорезистивного преобразователя.
Применение пьезорезистивного эффекта
Пьезорезистивный эффект применяется как в преобразователях, так и в датчиках. Некоторые из этих применений включают пьезорезистивные датчики давления, пьезорезистивные преобразователи с кремниевыми чипами и пьезорезистивные акселерометры.
Пьезорезистивные датчики давления
Пьезорезистивные датчики давления выгодны своей высокой чувствительностью и линейностью. Они находят применение в биомедицинских устройствах, автомобилях, бытовой электронике и аэрокосмической промышленности.
Преобразователи на пьезорезистивных кремниевых микросхемах
Пьезорезистивные кремниевые микросхемы используют пьезорезистивный эффект в кремниевых полупроводниках. Преобразователь с кремниевым чипом преобразует приложенное давление в пропорциональное электрическое напряжение с помощью моста Уитстона.
К преимуществам пьезорезистивных кремниевых преобразователей относятся:
- Линейность из-за отсутствия гистерезиса
- Высокое разрешение
- Частотная характеристика до 100 кГц
Пьезорезистивные акселерометры
По сравнению с пьезоэлектрическими акселерометрами пьезорезистивные акселерометры способны измерять ускорение до 0 Гц. Эта низкочастотная способность делает пьезорезистивные акселерометры подходящими для статического измерения ускорения. В результате производители автомобилей используют пьезорезистивные акселерометры в автомобильных системах безопасности, таких как подушки безопасности и антиблокировочная система тормозов.
Преобразователи и датчики, работающие на принципе пьезорезистивного эффекта, используются в автомобилях и коммерческих устройствах для преобразования одной формы энергии в другую и имеют влияние во многих различных отраслях промышленности.
Программное обеспечение Cadence предлагает инструменты проектирования и обширные библиотеки компонентов, которые помогают проектировать платы с преобразователями и датчиками.
Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы быть в курсе последних обновлений. Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нами и нашей командой экспертов.
Свяжитесь с нами
Решение задач электромагнитного, электронного, теплового и электромеханического моделирования, чтобы ваша система работала в широком диапазоне условий эксплуатации.
Посетите вебсайт Больше контента от Cadence System Analysis
Доступ к электронной книге Емкостные и пьезорезистивные датчики давления— отличия
Датчики давления считаются одним из наиболее часто используемых типов датчиков, поскольку они отвечают за измерение любой силы, приложенной к газам или жидкостям, которая затем выражается в виде электрического сигнала.
Они могут иметь различные применения, например, в медицинских приборах и здравоохранении, автоматизации, гидравлике, а также в аэронавтике. Большинство датчиков давления, установленных в настоящее время в полевых условиях, основаны на технологии MEMS и используют либо пьезорезистивный или емкостной принцип измерения . В этой статье мы обсудим их основные отличия и выделим преимущества каждого из них.
Термин пьезорезистив состоит из греческого слова «пьезо» (означающего сжимать или давить) и сопротивляться. В пьезорезистивных датчиках четыре резистора размещены на кремниевой диафрагме для измерения результата деформации или физического давления, приложенного к ним. Любое заметное изменение сопротивления преобразуется через мостовую схему Уитстона в выходное напряжение. Пьезорезистивный принцип измерения давления является одним из первых, разработанных в технологии MEMS, и он был разработан за много лет до емкостного.
В результате он используется чаще всего. Пьезорезистивные датчики давления благодаря широкому распространению и низкой себестоимости находят широкое применение в бытовой электронике и автомобилестроении, а также в бытовой технике.
Дополнительная литература : Лучшие датчики давления для промышленного применения и автоматизации
Две параллельные и электрически изолированные пластины необходимы для обеспечения эффективной работы емкостного датчика давления . Нижняя пластина зафиксирована, а верхняя чувствительна к изменениям давления. При приложении давления верхняя пластина (или мембрана) изгибается и создается емкость Δ. Это изменение емкости затем преобразуется в электрический сигнал, который может быть прочитан и обработан ASIC или микроконтроллером.
Где лучше всего применяется емкостная технология МЭМС?
Емкостная технология MEMS лучше всего подходит для приложений, где точность, надежность и безопасность имеют первостепенное значение.
Это связано с техническими преимуществами, обусловленными свойствами элементов МЭМС, которые аналогичны свойствам стандартных пассивных компонентов (резисторы, конденсаторы), а также различиями в конструкции и методах изготовления.
По сравнению с пьезорезистивными датчиками , емкостные датчики давления имеют много преимуществ. Несмотря на то, что для них могут потребоваться более сложные схемы формирования сигнала и алгоритмы калибровки, они имеют более высокую точность и более низкую общую полосу ошибок . Кроме того, емкостные датчики давления имеют низкое энергопотребление, так как постоянный ток не протекает через чувствительный элемент из-за его природы. Таким образом, могут быть спроектированы и реализованы системы датчиков с очень низким энергопотреблением, которые требуют лишь небольшого смещения цепи от внешнего считывателя, что делает их идеальными для удаленных или имплантированных медицинских приложений.
В таблице ниже приведены плюсы и минусы емкостных датчиков давления МЭМС по сравнению с пьезорезистивными.
| Плюсы | Минусы |
| Прочность и разрывное давление | Сложность калибровки |
| Точность, общий диапазон ошибок | Стоимость производства |
| Потребляемая мощность | |
| Долговременная стабильность |
Емкостные датчики давления МЭМС также обеспечивают превосходную долговременную стабильность. Это атрибут дизайна. Как показано выше, типичный элемент емкостного датчика давления MEMS имеет два измерительных и два эталонных конденсатора. Эталонные конденсаторы не чувствительны к изменениям давления. Расчет давления выполняется по следующему алгоритму.
На долговременную стабильность в основном влияет старение чувствительных элементов и, следовательно, снижение точности измерения с течением времени.
Из-за расположения емкостных кристаллов измерительный и эталонный конденсаторы подвергаются воздействию одной и той же среды. Это означает, что они подвергаются воздействию тех же условий и раздражителей, которые вызывают старение сенсоров и, следовательно, долгосрочный дрейф. Поскольку считывающие и эталонные конденсаторы работают в одних и тех же условиях и изготавливаются с использованием одних и тех же материалов и процедур, они стареют с одинаковой скоростью. Таким образом, используя алгоритм расчета давления и компоновку кристалла МЭМС, эффект долговременного дрейфа сводится к минимуму и, следовательно, достигается превосходная долговременная стабильность.
И последнее, но не менее важное: основное преимущество емкостной МЭМС-технологии по сравнению с пьезорезистивной — устойчивость к избыточному давлению (испытательное давление и разрывное давление). Благодаря своей конструкции емкостные датчики MEMS могут выдерживать до 100-кратного номинального давления .
Это происходит из-за того, что архитектура датчика состоит из неподвижной нижней пластины и подвешенной мембраны, которая деформируется под давлением. При приложении избыточного давления деформация достигает нижней мембраны и неизбежно прекращается, не разрушаясь. При этом за счет пройденного пути и приложенных напряжений пластические деформации отсутствуют. Это приводит к неизменной работе датчика после сброса избыточного давления.
Дополнительная литература : Все о избыточном давлении и способах его предотвращения
Пример сенсорного режимаВ таблице и на следующих рисунках вы можете увидеть пример характеристик избыточного давления датчика с абсолютной калибровкой 2 бар. Максимальное ожидаемое рабочее давление (MEOP) датчика составляет 2 бара. Датчик измеряется при эталонном давлении 1,2 бар абс., а затем подвергается давлению со следующими шагами давления, как указано ниже.
| Давление [бар абс.] | Коэффициент избыточного давления [x MEOP] | Измерение [бар a] / Комментарии |
| 1,2 | 0,6 x MEOP | 1. 201 |
| 2 | 1 х MEOP | Выход насыщен |
| 1,2 | 0,6 x MEOP | 1.201 |
| 4 | 2 x MEOP | Выход насыщен |
| 1,2 | 0,6 x MEOP | 1.201 |
| 8 | 4 МЕОП | Выход насыщен |
| 1,2 | 0,6 x MEOP | 1.201 |
| 20 | 10 x MEOP | Выход насыщен |
| 1,2 | 0,6 x MEOP | 1.201 |
| 40 | 20 x MEOP | Выход насыщен |
| 1,2 | 0,6 x MEOP | 1.201 |
| 80 | 40 x MEOP | Выход насыщен |
| 1,2 | 0,6 x MEOP | 1.201 |
Является ли емкостная технология идеальной для избыточного давления?
Как объяснялось выше, всякий раз, когда избыточное давление применяется к оборудованию автоматизации, обычные датчики давления могут быть повреждены.
По этой причине датчики на базе можно использовать кремниевую емкостную технологию . Понимание преимуществ емкостной технологии и различных способов ее применения к датчикам давления имеет важное значение и может привести к повышению производительности и снижению затрат на техническое обслуживание. Компания ES Systems разработала датчики давления с емкостной технологией, которые могут обеспечить высокую производительность и точность наряду с высокой эффективностью и надежностью по конкурентоспособной цене.
Дополнительная литература : Существуют ли различия между датчиками давления, преобразователями, переключателями и преобразователями?
Емкостные датчики давления идеально подходят для медицинских применений? Медицинские приложения могут быть дополнены емкостными датчиками давления МЭМС , поскольку они могут обеспечить очень высокую точность и долговременную стабильность.
