5.4.2. Фоторезисторы
Фоторезистор, являющийся резистивным датчиком, испытывает воздействие потока излучения.
Физические явления, на которых основано действие датчика - фотопроводимость, - представляют собой внутренний фотоэффект.
Фоторезисторы применяются в таких исследованиях, когда делается оценка принимаемого потока.
Изменение сопротивления фоторезисторов или обнаружение изменения его величины осуществляется с помощью различного типа схем формирования сигналов, соединенных с резистивными датчиками.
5.4.3. Фотодиоды
Использование фотодиодов основано на использовании эффекта p-n - переходов в полупроводниках.
5.4.4. Тепловые приемники излучения
В рассмотренных выше оптических датчиках преобразование оптического сигнала в электрический осуществляется за счет фотоэлектрического эффекта в результате воздействия света. При этом энергия фотонов прямо передается освобождаемым электронам.
В случае тепловых преемников излучения первичным процессом является преобразование энергии поглощенного света в энергию теплового возбуждения решетки, которое вызывает повышение температуры приемника, приводящее к изменению его электрических свойств.
К этим электрическим величинам относятся:
- сопротивление металлического или полупроводникового элемента;
термо-э.д.с., т.е. возникновение э.д.с. в электрической цепи, состоящей издвух проводников с различными свойствами.
5.4.5. Датчики изображения
Световое изображение – это представление объекта или его картины оптическими средствами.
Датчики изображения выдают электрические сигналы, в которых содержится преобразованная информация об оригинальном изображении.
Эти электрические сигналы поступают в различные электронные устройства обработки, что позволяет передавать их на расстояние и использовать для восстановления изображения на экране электронно-лучевой трубки.
Другая область применения датчиков – это телевизионные камеры.
Датчики изображения также применяются в научных исследованиях и в промышленности для обследования технологических установок и неблагоприятной окружающей среды.
5.4.6. Волоконная оптика
Оптическое волокно служит световодом и находит применение:
- в передаче информации, преобразованной в оптические сигналы с целью исключения влияния на них электромагнитных наводок;
- при наблюдении или измерении оптическими средствами в труднодоступных зонах и др.;
- при генерировании оптических сигналов путем модуляции света под действием физической величины, которая, изменяя оптические свойства волокна, изменяет условие прохождения через него света; в этом случае волокно является датчиком.
5.5. Датчики температуры
5.5.1. Методы измерения температуры
Благодаря многообразию свойств веществ и физических явлений, зависящих от температуры, создано большое количество методов измерений температуры:
- оптические (основаны на эффекте изменения излучения);
- механические (основаны на эффекте расширения тел при увеличении температуры);
- электрические (основаны на эффекте изменения сопротивления тел от температуры, на эффекте Зеебека - фотоэффекте).
5.5.2. Шкалы температур
Шкала Кельвина
Р
азмерность
по этой шкале обозначается как [
].
Шкала определяется из условия, что температура воды в тройной точке – температура равновесия воды, льда и пара – равна 273.16оК (см. рисунок 5.12).
Шкала Цельсия
Размерность
по этой шкале имеет вид [
].
Связь между этой шкалой и шкалой Кельвина определяется соотношением:
(5.38)
Очевидно, за 0 температуру принимается температура замерзания воды (рисунок 5.12).
Шкала Рэнкина
Единицей измерения является градус Рэнкина - [oR].
Связь между единицами измерения температуры по Рэнкину по Кельвину определяется соотношением:
(5.39)
При таком определении температура в тройной точке (рисунок 5.12) равна
.
(5.40)
Шкала Фаренгейта
Единицей измерения является градус Фаренгейта - [oF].
Она получается смещением нуля абсолютной шкалы Рэнкина по формуле:
. (5.41)
Приведем еще связь между единицами измерения по шкале Цельсия и Фаренгейта, как наиболее часто встречающиеся на практике:
.
(5.42)