Радиационные датчики.

В таких датчиках используются жесткие излучения (α, β, γ, χ). Они обладают рядом преимуществ перед другими видами датчиков.

1. Их источники не требуют питания.

2. Большая проникающая способность α и χ излучений позволяет контролировать перемещение предметов и веществ в герметически закрытых пространствах.

3. Поглощение излучения в веществе определяется толщиной слоя и атомным номером вещества, это дает возможность бесконтактного измерения толщины практически любых материалов.

4. При облучении вещества жестким излучением возникает вторичное излучение, энергия которого определяется составом вещества. Это дает возможность контролировать химический состав и толщины веществ.

5. Вторичные излучения при определенных условиях могут поглощаться вследствие явления резонансного поглощения. Это возникает например при взаимном перемещении излучателя и поглощающего тела.

Эффект Мессбауэра. Это явление используется для точных измерений малых скоростей и ускорений. Основой принципа построения радиоизотопных датчиков, такие же, как и для оптических. В медицине радиоизотопные датчики применяются в основном для измерения толщины различных материалов и плотности веществ.

α – излучение представляет собой поток ядер гелия и имеет большую, ионизирующую способность. Источники α – излучения представляют собой специальные пластины, помещенные в любые металлизированные контейнеры.

β – излучение представляет собой поток электронов. Источник β – излучения помещается в арматуру из алюминия или алюминиевых сплавов. Диаметр активного пятна находится в пределах от 10 до 500 мм.

γ – излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны менее чем 3*10^-11 м. Источниками γ – излучения является кобальт 60 или полоний 210. Эти источники изготавливаются в виде проволок или цилиндров и хранятся в свинцовых контейнерах.

χ – лучи это электромагнитное излучение с длиной волны от 10^-6 до 10^-11 м. Оно образуется при бомбардировке потоком электронов мишеней из тяжелых металлов. В качестве источников χ излучения используются рентгеновские трубки. Самым простым и известным приемником жестких излучений является ионизирующий источник, представляющий собой 2х электродную газонаполненную лампу, электроды которой располагаются коаксиально.

В качестве газа наполнителя используют ион или аргон. При наличии любого внешнего источника ионизации, между электродами течет ток. Сила тока пропорционально интенсивности ионизации.

Кондуктометрические преобразователи.

Подобные датчики основываются на использовании зависимости сопротивления электрохимического преобразователя от состава и концентрации электролита. Такие преобразователи используются в основном для измерения удельной электропроводимости электролитов, по которой судят о концентрации.

При этом необходимо учитывать, что электропроводимость электролита зависит не только от его концентрации, но и от температуры, что требует введения температурной поправки (см. задачу 6.3). Чаще всего это происходит с помощью использования в цепи компенсирующего термосопротивления.

Кондуктометрические преобразователи делятся на контактные и бесконтактные.

Контактные

На рис. а) изображен простейший кондуктометрический преобразователь содержащий 2 электрода, погруженные в исследуемый электролит. Сопротивление между электродами зависит от концентрации (проводимости) раствора.

Электроды могут быть плоскопараллельными, цилиндрическими или точечными, изготовленные из платины, графита, нержавеющей стали и других материалов, проводящих электрический ток и химически стойких к исследуемым растворам.

При прохождении через преобразователь постоянного тока происходит электролиз раствора, что приводит к значительным погрешностям измерений. Измерение сопротивления (или электропроводимости) производится на переменном токе. Для уменьшения погрешности от поляризации и загрязнении электродов, можно использовать 4х электродные преобразователи (рис. б).

Пары электродов 1, 1 токовые, подключаются к внешнему источнику тока, при этом в растворе протекает электрический ток, а между электродами 2, 2 (потенциальными электродами) создается разность потенциалов пропорциональная удельному сопротивлению раствора. Потенциальные электроды подключаются к усилителю напряжения с достаточно высоким входным сопротивлением. Обычно, такой преобразователь также работает на переменном токе.

Бесконтактные кондуктометрические преобразователи не имеют контакта металлических электродов с электролитом, что исключает эффект поляризации, загрязнения электродов и другие отрицательные явления, созданные при взаимодействии поверхности электрода и электролита. Бесконтактные преобразователи делятся на низкочастотные и высоко частотные.

а) – низкочастотный трансформаторный кондуктометрический преобразователь. Исследуемый раствор образует замкнутую вторичную обмотку трансформатора, сопротивление которой определяется концентрацией раствора. Изменение концентрации вызывает изменение сопротивления потерь, вносимых в первичную обмотку W₁, а изменение эквивалентных параметров первичной обмотки позволяет определить концентрацию раствора.

б) – два трансформатора. Замкнутый виток исследуемого раствора является вторичной обмоткой первого трансформатора и первичной второго. Первичная обмотка W₁ питается от источника переменного напряжения. При этом ток в витке электролита пропорционален его проводимости, соответственно проводимость электролита оказывается пропорциональной и ЭДС на обмотке W₂.

Данные бесконтактные преобразователи характеризуются более высокой стабильностью и меньшей погрешностью, чем контактные.

Высокочастотные бесконтактные преобразователи делятся на емкостные, которые применяются для измерения концентрации растворов с малой теплопроводимостью 10^-6 См/м и индуктивные с электропроводимостью 10^-2÷10² См/м (их большинство).

В преобразователях погружного типа катушка индуктивности или электроды конденсатора помещаются в трубку и изолируются от исследуемого раствора.

Влияние проводимости раствора проявляется во внесении потерь в индуктивность или конденсатор, т.е. в изменение активной составляющей их комплексной проводимости на высокой частоте. Такие преобразователи обычно включаются в резонансный контур, у которого изменяется добротность или в контур автогенератора у которого изменяется частота генерации.

*Оба контура уметь рисовать!