Тензотүрлендіргішті градуирлеу

Тензотүрлендіргішті градуирлеу 

1.Жұмыс  мақсаты: Тензотүрлендіргіш құрылысын және оның жұмыс істеу принцпін зерттеу, оны манометр тілшесі бойынша градуирлеу. 

2.Әдістің  қысқаша теориясы:

Пьезоэлектр және электрострикция 

     Серпімді деформация әсерінен кейбір кристаллдық қатты денелерде электрлік поляризация пайда болды. Оның кері құбылысы – анықталған бағыттарда сыртқы электрлік өріс нәтижесінде осы қатты денелер деформацияға ұшырайды. Осындай пьезоэлектрлік эффект тек қана инверсия центріне ие болмайтын структураларда кристаллданатын ионды кристалдарға ғана тән. Сонғы тұжырымды бір-бірінен 120 бұрылған өлшемдері бірдей тепе-теңдік күйдегі үш электрлі дипольге ие ионды байланыстағы кейбір гипотетикалық қатты дененің молекуласы мысалында көрсетуге болады. Бұл молекуланың күйі 2.1,а суреттінде көрсетілген.

2.1 сурет. Пьезоэлектрлік эффекттің схемасы 

     Мұндай молекула 3m симметриялы нүктелік топқа ие. Симметрия күшіне қатысты осы молекуланың толық дипольді моменті нөлге тең. Алайда, егер осы молекуланы (барлық қатты денемен бірге) центрден төбелерге бағытталған үш бағыттың бірі бойынша көлденең немесе тігінен созса немесе  қысса, дипольді момент пайда болуы керек. Осы үш бағыттың біреуінің бойында жатқан электр өрісі әрбір молекуланы деформацияға ұшыратуы айқын. Өз кезегінде, бұл оның көлденең бағыттағы сызықты өлшемдерінің қарама-қарсы таңбалы өзгеруімен жүретін электр өрісінің бағыты бойымен кристаллдың қысқаруын немесе созылуын тудырады. Егер электр өрісін осы үш бағыттың біреуіне перпендекуляр қойса (тігінен 2.1 суретте), онда кристалл өлшемдерінің өзгеруі болмау керек, өйткені бұл жағдайда өріс айналы симметриялы жазықтыққа перпендикуляр.

      Үш өлшемді кеңістікте қарастырылатын 32 нүктелік топтардың 21-інде инверсия центрі жоқ. Олардың біреуі сондай өте үлкен симметрия дәрежесіне ие, тіпті пьезоэлектрлі эффектілердің пайда болуын шектейді. Қалған 20 нүктелік топтарға пьезоэлектрлік қасиет тән болып келеді. Бірақ осы 20 нүктелік топтарға жататын қатты дененің тек аз мөлшері ғана тіркеуге жеткілікті үлкен пьезоэлектрлік эффектіге ие.

       Электр өрісінде пьезоэлектриктің деформациясының бірінші жақындатуы сызықты болады, ал механикалық кернеумен индуцияланған полляризация пайда болатын деформацияға пропорционал. Пьезоэлектрик болу – болмауына қатыссыз кез келген иондық қатты дене үшін электр өрістегі өлшемі бойынша аз, өрістегі кернеу квадратына пропорционал қысулар көп байқалады. Бұл электростикцияның жалпы құбылысы Гуктың сыртқы өріске қатысты ионаралық арақашықтықтың өзгеру заңының бұзылуымен байланысты.

     Тензотүрлендіргіштің арналуы 

     Жартылай өткізгішті тензорезисторлар металл тензорезисторлардың қолдану аясын үлкейтті. Олар 50 есе сезімтал және осы себеппен олар арнайы есептерді шешу үшін және жай электр құрылғыларына қосылатын өлшеу түрлендіргіштерін құрастыру үшін қолдануға болады. Қысымды немесе электр шығу сигнал күшін түрлендіру үшін қызмет ететін ”Сапфир”- 22  өлшеу түрлендіргішін комплектациялау үшін тензотүрлендіргіштер қолданылады. Тензотүрлендіргіш түрлендіргіштердің диэлектрлі қасиетке ие сұйықтыққа мүмкін толтырылған іш жағында орналасады  

Тензотүрлендіргіштің құрылысы және жұмысы 

      Жартылай өткізгішті тензорезистор жұмысы жартылай өткізгішті материалдың пьезокедергілік эффектісіне байланысты негізделген.Айта кету керек, монокристалды кремнийді легирлеуге қатысты оң деформация барысында кедергінің өзгерісі оң не теріс болуына қол жеткізуге болады. Легирлеу дәрежесі жартылай өткізгішті тензорезистордың сезімталдығын анықтайды. Осылай жасалынған жартылай өткізгішті тензорезисторлар  мынадай тәуелділікке бағынады:

мұндағы k- сезімталдық коэффициенті, - деформация коэффициенті, Т - меншікті температура, R -жартылай өткізгіштің электрлік кедергісі. Неғұрылым жартылай өткізгіштер легирленген болса, соғұрлым оның сезімталдығы аз болады. Тензорезистордың сезімталтығын k коэффицентпен белгілеу металлдық тензорезистор сипаттамасының бейсызықтығына бола мүмкін емес. Мұның орнына деформация = 0 және T температураға қатысты жанаманың көлбеулігін сипаттайтын k коэффицентін қолданады. Жай жартылай өткізгішті саңылаулы өткізгіштігі бар (р-типті) тензорезисторлар үшін k +110-нан +130-ға дейін және электронды өткізгіштігі бар (n-типті) тензорезисторлар үшін k -80-нен -100-ге дейін. Жартылай өткізгішті тензорезисторларды өлшегіш түрлендіргіштерді құрастыру үшін қолданады. Сол және басқада конструктивті және схемалық шешімдерді қолдана отырып, көрсеткіштің сызықтығына қол жеткізеді. Тензотүрлендіргіштің сезімтал элементі – кремнийлі тензорезисторлары бар сапфир мембрана. Сапфирлік мембрана бар жазықтық бойымен металды мембранамен қатты байланысып, екі қабатты мембрана түзеді. ДД2.5; Д 2.5 тензотүрлендіргіштері тензотүрлендіргіш корпусына қатты бекітілген екі қабатты мембранадан 1, екі қабатты мембрана мен мембрананы 4 қосатын штоктан 3, өлшейтін қысымды қабылдайтын тензорезистордан 2 тұрады.        ( 2.2 сурет)

2.2 сурет.  ДД 2.5; Д 2,5 тензотүрлендіргіштердің  схемасы 

Рычаг соңына F өлшенетін күші түсіріледі. Өлшенетін қысым немесе күш әсерінен екі қабатты мембрана деформацияланып, көпірлі схема туғызатын тензорезисторлардың кедергілерінің өзгеруіне ұшыратады. Тензорезистор кедергісінің өзгерісі шығу сигналына айналады.

3.Жұмыс  орындау тәртібі 

      3.1 Жүйеге кернеу стабилизаторын, ампервольтомметр Ф-30 қосып,  оларды бір сағат көлемінде ысыту керек.

      3.2 Тензотүрлендіргіштердің көрсеткіштерінің тілшелі манометр көрсеткішінен тәуелділігін алу керек.(40-50 нүкте).

      3.3 Шыққан қорытындыларды ең аз квадрат әдісімен сұрыптау керек.