Погрешности пьезорезисторов и методы их снижения

Упругое последействие. Оно определяет изменение во времени выходного параметра или выходного сигнала ПР при единичном нагружении или при единичной деформации. При этом установлено, что у ПР из ЭПБ существует количественная и качественная зависимость упругого последействия (УП) от режима нагружения: режима заданной нагрузки (РЗН) или заданной деформации (РЗД). В РЗН у ПР в эластичной оболочке наблюдается положительное УП, характеризующееся увеличением выходного сигнала во времени (уменьшением сопротивления), а в РЗД — отрицательное УП. характеризующееся уменьшением выходного сигнала (увеличением сопротивления). В табл. 2.2 приведены погрешности различных по конструкции и технологическому исполнению ПР из ЭПБ (5 = 1,13 см2, иЮ. р=400 Омсм, начальное сжатие Р0=ЮН) в обоих режимах нагружения, причем стабильность нуля, воспроизводимость и гистерезис — относительные приведенные погрешности, а УП — относительная погрешность за 1 ч при Р = 360 кПа (в РЗН) и АЛ =0,15 мм (в РЗД).

Для снижения УП изменение деформации и внутренних напряжений, возникающих под действием внешних сил, во времени должно быть минимальным. Это может быть достигнуто как снижением содержания воздуха в ЧЭ, так и увеличением упругих качеств воздушных прослоек.

Первое условие может быть выполнено уплотнением ЧЭ путем, например, монтажа ПР в слегка сжатом, предварительно напряженном состоянии.

Второе условие может быть реализовано герметизацией ПР. При этом оптимальным вариантом является совмещение уплотнения (начального сжатия) с герметизацией ПР.

Возможность снижения погрешностей ПР основывается также на разном характере проявления УП в РЗН и РЗД. Для реализации этой возможности необходимо создание условий, при которых на ЧЭ одновременно бы действовали оба режима нагружения в необходимом для компенсации УП соотношении. Такие условия могут быть созданы дополнительными элементами, снижающими ползучесть и релаксацию напряжений в ЧЭ. В РЗН этого достигают установкой упругих или жестких элементов параллельно ЧЭ или ПР (см. § 3.3). Компенсирующее действие этих элементов состоит в том, что, снимая основную нагрузку с ЧЭ, они частично обеспечивают его работу в РЗД.

См. также:  Метод сжатия противодействующего элемента

В РЗД уменьшить УП возможно путем создания постоянно действующего компенсирующего поджимного усилия, тормозящего релаксацию напряжений в ЧЭ. Оно может быть создано, например, дополнительными упругими элементами — антирелаксационными накладками 1 (рис. 2.9,я), установленными последовательно с ЧЭ. Такие накладки могут быть, в частности, выполнены в виде одной или двух резиновых пластин, монтируемых соответственно с одной или обеих сторон ПР. Компенсация УП в данном случае происходит за счет потенциальной энергии упругой деформации накладок. Для создания при этом жесткой опоры сверху упругих накладок устанавливают дополнительные металлические накладки 2. При последовательном присоединении дополнительной упругости давление, воспринимаемое ЧЭ и упругими элементами ПР, одинаково, в то время как

Таблица 2.2. Погрешности пьезорезисторов из электропроводной бумаги

 

Конструкция пьезорезистора

 

Начальное сжатие

Тип оболочки

Материал оболочки

Дополнитель

 

 

 

 

ные эле

 

 

 

 

менты

Стабиль

 

 

 

 

ность

 

 

 

 

нуля. %

Отсутствует

Эластичная

Лейкопла

Отсутствуют

1

 

 

стырь

 

 

Имеется

 

 

 

1

Имеется

Жесткогерме-

Клей БФ-2

 

-1,5

 

тичная

 

 

 

Отсутствует

Эластичная

Лейкопла

Две резиновые

1

 

 

стырь

накладки тол

 

 

 

 

щиной 0,7 мм

 

Имеется

Эластичная

 

То же

1

Имеется

Жесткогерме-

Клей БФ-2

 

-1,5

 

тичная

 

 

 

 

величина и скорость деформации распределяются обратно пропорционально жесткостям этих элементов. Аналогично УП снижается при увеличении объема ПР (числа пластин ЭПБ) в РЗД. Оболочки из герметизирующих жидкостей выполняют путем покрытия слегка сжатого ПР, например, клеем БФ-2. Это приводит к образованию клеевого ободка, который, скрепляя пластины ЭПБ и обкладки, образует между ними герметичные воздушные прослойки [75, 76].

См. также:  Физические основы создания пьезорезисторов КС