Зернистые пьезорезисторы

Основные свойства. Классическим представителем зернистых ПР (без связующего) является угольно-зернистый микрофон. Однако применение этйх датчиков для измерительных целей затруднено из-за плохой воспроизводимости нагрузочной характеристики вследствие хрупкости угольных зерен.

Между тем существует много неугольных ЭП химических соединений, например оксидов, сульфидов, карбидов и др., пригодных для построения ПР с приемлемыми метрологическими и эксплуатационными характеристиками.

Зернистые ПР (рис. 4.4) включают в себя две металлические обкладки 1, между которыми расположен упругий противодействующий элемент 2 в виде кольца, ЧЭ 3 из зернистого ЭП материала, оболочку 4 и выводные провода 5. Применение упругого элемента позволяет не только расширить предел измерений по входному воздействию, но также образовать замкнутую полость для зернистого материала и герметизировать ПР путем приклеивания к упругому элементу обкладок. Настройку ПР производят подбором толщины ЧЭ.

Лучшую повторяемость нагрузочной характеристики имеют ПР из более крупной фракции зерен (0,1—0,4 мм). Мелкая фракция (менее .0,1 мм) при сжатии легко уплотняется и хуже восстанавливает свое первоначальное состояние после снятия нагрузки.

Среди зернистых ЭП материалов для построения ПР особый интерес представляет природный минерал магнетит (магнитный железняк, окись-закись железа). Он отличается относительно большой твердостью, незначительной хрупкостью, высоким удельным сопротивлением и химической инертностью (нерастворимостью в кислотах и щелочах). Кроме того, магнетитовые ПР обладают особым свойством — эффектом опекания зерен при прохождении тока определенной величины с образованием каналов повышенной проводимости. Процесс этот связан с электрическим разрядом между зернами и зависит от усилия сжатия, толщины ЧЭ и приложенного напряжения к ПР. При этом минимальное напряжение, при котором еще не возникает разряда, составляет примерно 2 В/мм.

Из таблицы следует, что ассортимент ЭП зернистых материалов обеспечивает построение ПР с разными начальными сопротивлениями и пределами измерений. Пример нагрузочной характеристики магнетитового ПР показан на рис. 4.5. От характеристики ПР из ЭПБ она отличается меньшей крутизной в начальной области и большей в конечной.

Известные ПР из сульфидов, например сульфида свинца, сульфида молибдена, выполняют из порошков путем их прессования. Механизм изменения сопротивления у этих поликристаллических материалов, по утверждению авторов, связан с уменьшением потенциального барьера на границе между зернами вещества под действием давления. У сульфида молибдена, например, при Рном=1,8 МПа Д#/#0=0,46%. Такое относительно малое для ПР изменение сопротивления связано с тем, что эти ПР выполняют из прессованных зерен, у которых основное изменение сопротивления происходит в процессе прессования.

Например, для увеличения стабильности ПР из сульфида свинца в него вводят окись натрия в количестве 0,05—0,015%, а для уменьшения гистерезиса ПР из графитового порошка в него добавляют тальк и резиновую крошку.