Основні принципи роботи сенсорів механічних величин

В основу роботи сенсорів механічних величин покладено цілу низку фізичних явищ, які поділяються за природою як вхідного так і вихідного сигналу. Розглянемо основні принципи дії сенсорів механічних величин:

І. Вихідний параметр – електричний опір R. Природа вхідного сигналу – механічна дія.
1. Зміна питомого електричного опору провідників і напівпровідників під дією гідростатичного тиску Р.
Опір зразка при цьому визначається як
R=R0(1+SpP) (1.4)
де R0 – опір зразка при Р=0;
Sp – відносна чутливість.

Дія гідростатичного тиску змінює відстань між атомами, що в провідниках приводить до зміни розсіювання електронів, а в напівпровідниках до зміни ширини забороненої зони і відповідно до зміни концентрації носіїв заряду. При одноосному прикладенні сили F зміна питомого опору напівпровідників обумовлена зміною концентрації і рухливості носіїв заряду.
2. Зміна опору р-n переходу під дією механічної сили.

Ефект обумовлений зміною рухливості і концентрації носіїв заряду.
3. Зміна опору провідників і напівпровідників при їх деформації (тензоефект).
При деформації відносна зміна опору
р=(1+2Кр+р/пр) пр, (1.5)
де Кп – коефіцієнт Пуассона,
р – відносна зміна питомого опору матеріалу зразка,
пр – відносна деформація.

ІІ. Вихідний сигнал – електричний заряд q.
1. П’єзоелектричний ефект (прямий – поява електричних зарядів на гранях п’єзоелектриків під дією механічної напруги.
Електричні заряди виникають на гранях, які перпендикулярні до електричної сили вздовж електричної F1 або механічної F2 осі кристалу
q=d11 F1 і q=d11 F2, (1.6)
де d11 – п’єзоелектрична стала,
b, a - лінійні розміри пластини п’єзоелектрику.