Чутливий елемент тензодатчика

Чутливий елемент тензодатчика Винахід відноситься до вимірювальної техніки, а саме до тензометрії та може бути використано для вимірювання механічних напружень у деталях та конструкціях. Відомий чутливий елемент тензодатчика, виготовлений у вигляді паралеліліпеда із напівпровідникового матеріала на основі твердого розчину (див. Авторское свидетельство СССР № 1015244, МПК МПК 601В 7/16, 1983 г.)Основним недоліком таких елементів є те, що вони дуже чутливі до дії зовнішніх факторів, зокрема, - температури, що обмежує температурний інтервал їх функціювання. Найб ільш близьким до запропонованого з технічної точки зору та результату, який при цьому досягається, є чутливий елемент тензодатчика, виконаний у вигляді паралелепіпеда з металевого матеріалу (тонкої плівки), наприклад, одношарової плівки Mo, Cr, W, яка нанесена на діелектричну підкладку (див. Петренко С.В., Проценко І.Ю., Шамоня В.Г. Эффект тензочувствительности в дисперсных металлических пленках // Металлы. - 1989. -№ l. - C . 180- 186). Чутливий елемент на основі одношарової металевої плівки порівняно з аналогом є більш надійним при роботі в інтервалі відносно високих температур. Але і цей чутливий елемент має невисоке значення коефіцієнту тензочутливості (порядка одиниці), про що свідчать експериментальні результати. Це обумовлено тією обставиною, що в одношарових плівках розсіювання електронів відбувається лише в об'ємі та на поверхні плівки. В основу винаходу поставлена задача удосконалення чутливого елемента шляхом заміни^матеріалу на багатошарову плівку. При цьому забезпечується підвищення коефіцієнту тензочутливості за рахунок появи додаткового механізму розсіювання носіїв електричного струму - межі розділу між шарами. Поставлена задача розв'язується завдяки тому, що в чутливому елементі тензодатчика, виготовленого у вигляді паралелепіпеда з металевого матеріалу (тонкої плівки) на діелектричній підкладці, згідно винаходу матеріал елементу предсіавлж собою багатошарову плівку, що складається з шарів нікелю, кобальту та хрому, які поперемінно чергуються і мають товщину 10 - 100 им. Прпчипно-наслідковий зв'язок між розглянутими ознаками та технічним репльгаїом, який обговорюється, має такий характер. У багатошарових плівках, які можна використовувати як чутливий елемент тензодатчика, проявляє себе новий механізм розсіювання носіїв елекіричпого сіруму порівняно Ї ірадиційними механізмами для одношарових - межа рощілу між окремими шарами. Це в свою чергу приводить до збільшення коефіцієнта тензочутливості (у) бага і ошарового плівкового зразка порівняно з одношарового такої ж товщини. Дослідження залежності коефіцієнтів тензочутливості від товщини одно- та багатошарових плівок на основі Cr, Ni та Co показує, що тензочутливісгь багаїошаровоі плівкової системи завжди більше порівняно Ї одношаровими Сг, Ni га Со іакоі ж товщини. \>шаіюви'ч ^півок яа геконі ыар!» Jj.ii .і іишаровсі іьішки. к вндні> J .айдиді, еь^ііер іі> і^іпхиьк і реі>ль іаіи иона^югь, ші. вела б о з велігиаїамм г - ,. / , у., одііищаровя\ Таким чипом, пропонується використовувати як матеріал чутливого елем ент у тензодатчика багатошарової плівки на основі Сг, Со та Ni з товщинами окремих шарів від 10 до 100 нм. Плівки з товщиною меншою 10 нм є структурно несуцільними, а при товщинах більше 100 нм величина коефіцієнта тензочутливості незначна в наслідок слабкого проявлення розмірного ефекту. Сукупність всіх існуючих ознак винаходу, у тому числі відмінних, забезпечує збільшення коефіцієнту тензочутливості тензодатчиків за рахунок появи нового механізму розсіювання носіїв електричного струму - межі розділу між шарами. На кресленні схематично зображений чутливий елемент тензодатчика. Чутливий елемент представляє собою паралелепіпед з металевого матеріалу багаїошарової плівки ( І) , яка складається з шару (2) Ni. шару (3) Со та шару (4) Сг, нанесених почерзі у вакуумі на діелектричну підкладку (5). Чергування шарів металів може буте довільним, наприклад, - Ni/Co/Cr/Ni/Со/Сг/П. наприклад, товщина Ni складає 25 нм, Co - ЗО нм, Сг - 35 нм, Ni - ЗО нм, Co - 40 нм, Сг - 20 нм. Загальна товщина багатошарової плівки залежить від кількості товщини окремих шарів. Максимальна кількість шарів обумовлена дією структурних макронапружень, які можуть привести до руйнування зразка. Отримують багатошарову плівку у вакуумі порядка Ю-3 - Ю- 4 Па при температурі підкладки 300 °С. Плівкові шари Ni та Co конденсуються за допомогою електронно-променевої гармати, а шари Сг - методом термічного випаровування. Швидкість конденсації складає величину порядка І нм/с. Чутливий елемент тензодатчика працює таким чином. При деформації чутливого елементу виникають механічні напруження розтягувального або стискувального характеру, які приводять до зміни електричного опору багатошарової плівки. Таким чином, використовування як чутливого елемента тензодатчика багатошарової плівки, забезпечує найбільш повну передачу інформації про напруження, які виникають у деталях у широкому інтервалі температур. Чутливий елемент тензодатчика Автори: Однодворець Л.В. Проценко СІ. Чорноус A.M.