- •1 Заочное обучение
- •Алипов а.Н. Конспект лекций по тип
- •Технические измерения и приборы
- •СПб 2013 г
- •Оглавление
- •1.2 Системы единиц физических величин
- •1.3. Внесистемные и другие единицы физических величин
- •Некоторые внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами си
- •Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц
- •1.4.Относительные и логарифмические величины
- •1.5. Погрешности измерений физических величин
- •Вопросы для самопроверки 1
- •2.2 Интеллектуальные измерительные приборы (сенсоры)
- •2.3 Интеллектуальные измерительные системы
- •Вопросы для самопроверки 2
- •3. Виды механических сенсоров
- •3.2. Сенсоры линейного перемещения
- •3.3. Сенсоры углового перемещения
- •Инклинометры
- •Энкодеры
- •3.4 Акселерометры
- •Линейные акселерометры
- •Емкостной акселерометр
- •Угловые акселерометры
- •3.5 Вибрационные измерительные сенсоры
- •Виброанализаторы
- •Вопросы и упражнения для самопроверки 3 Дать кратко письменные ответы:
- •4. Акустические сенсоры
- •4.1 Физические основы работы акустических сенсоров
- •4.2. Приемники акустических сигналов
- •Прослушивающие устройства
- •4.3 Активные акустические сенсоры
- •Эхолокаторы,
- •Уз исследования в медицине.
- •Уз исследования для сейсморазведки
- •Вопросы и упражнения для самопроверки 4 Дать кратко письменные ответы:
- •5.1. Физические основы работы электрических сенсоров-датчиков
- •5.2. Резистивные сенсоры
- •Терморезисторы
- •Термисторы
- •Фоторезисторы
- •Пьезорезисторы ( Тензорезисторы)
- •Магниторезистивные сенсоры
- •5.3 Емкостные сенсоры
- •Импедансные сенсоры
- •6 Вольтаические сенсоры-датчики
- •6.1 Сенсоры на основе термо-эдс
- •6.2 Сенсоры на основе фотовольтаического эффекта
- •6.3 Пьезоэлектрические сенсоры
- •7 Анализаторы спектра электромагнитного излучения
- •7.1 Диапазоны электромагнитного излучения Таблица 2.1
- •7.2 Термины и определения.
- •Вопросы для самопроверки 7
- •Internet - ресурсы
6 Вольтаические сенсоры-датчики
Напоминаем, что к этому виду мы относим те сенсоры, в которых под действием внешнего фактора первичный информационный сигнал возникает в виде электрического потенциала, разности потенциалов или напряжения между какими-то точками электрической цепи. Вольтаические сенсоры мы будем дальше классифицировать по физической природе того фактора, под влиянием которого возникает и изменяется электрический потенциал, напряжение или электродействующая сила (ЭДС).
6.1 Сенсоры на основе термо-эдс
Широко известным является применение для измерения температуры термопар – электрически соединенных между собой проводников из двух разных материалов. Если места их электрического контакта ("спаи") находятся при разных температурах, то между ними возникает разность потенциалов, которую называют "термо-ЭДС". Ее физической причиной служит то, что в области "горячего" контакта носители электрического заряда (электроны или "дырки") имеют более высокие скорости теплового движения. Поэтому диффузионный поток носителей от "горячего" спая к "холодному" больше, чем диффузионный поток от "холодного" спая к "горячему". В полупроводниках к этой причине добавляется еще и то, что концентрация носителей заряда у "горячего" спая тоже заметно выше. В результате носители заряда скапливаются возле "холодного" спая, и возникает разность потенциалов.
На не слишком больших температурных интервалах термо-ЭДС в термопарах из металлов пропорциональна разности температур(формула 6.1),
:
В этом выражении называют коэффициентом термо-ЭДС .
и– это температуры "горячего" и "холодного" спаев соответственно. Утермопар из металлических проводников значения коэффициента термо-ЭДС лежат в пределах , а у полупроводников могут быть и на порядок выше.
По величине термо-ЭДС всегда можно однозначно определить разность температур. Наиболее широкий диапазон измерения температуры (от – 270°С до 1300°С) обеспечивает термопара хромель/алюмель. К наиболее употребительным термопарам принадлежат медь/константан, нихром/ константан, железо/константан и т.д. Роль одного из проводников с успехом может выполнять, например, и легированный кремний, который имеет коэффициент термо-ЭДС даже более высокий, чем у металлов.
Чтобы уменьшить их собственную теплоёмкость, термопары делают проволочными или пленочными. Благодаря незначительной толщине и массе измерительный спай пленочной термопары может иметь очень малую собственную теплоемкость и поэтому достаточно малую тепловую инерционность (меньше 10 мс). С помощью пленочной термопары можно измерять температуру даже очень малых тел миллиметровых и субмиллиметровых размеров, к которым ее приклеивают.
6.2 Сенсоры на основе фотовольтаического эффекта
Иногда в сенсорах, которые фиксируют и измеряют интенсивность света, используют фотовольтаический эффект – появление под действием падающего света разности потенциалов между освещенной и темной зонами полупроводника. Это связано с появлением в полупроводнике при поглощении фотонов дополнительных носителей электрического заряда (внутренний фотоэффект), которые начинают мигрировать в темную зону. Возникающую фото-ЭДС измеряют электронными схемами с очень высоким внутренним сопротивлением на разомкнутых выводах полупроводника. Благодаря весьма малой инерционности, её используют для контроля мощности и формы сверхкоротких импульсов излучения лазеров.