Импедансные сенсоры

У многих веществ под действием внешних факторов изменяется не только диэлектрическая постоянная, но и электропроводность. В общем случае такие вещества принято характеризовать комплексной диэлектрической проницаемостью. А промежуток между электродами в этом случае характеризуют импедансом – комплексным электрическим сопротивлением переменному току. Конструктивно импедансные чувствительные элементы выполняются так же, как и емкостные. Но измерения производятся на переменном токе оптимально подобранной частоты. При пропускании через них переменного электрического тока соответствующей частоты можно измерять не только абсолютное значение импеданса, но и сдвиг фазы между током и напряжением на чувствительном элементе, что дает дополнительную информацию.

Вопросы и упражнения для самопроверки 5

1. По какому принципу классифицируют электрические сенсоры?

2. Что такое "трансдьюсер"? Почему электрические сенсоры часто применяют в качестве трансдьюсеров?

3. Что такое "терморезисторы"? Имеется ли различие между "терморезисторами" и "термисторами"?

4. Что такое "фоторезисторы"? Объясните физический механизм их действия. Что такое "спектральная характеристика" фоторезистора?

5. Что такое "пьезорезисторы"? Для чего их применяют?

6. Что такое "магниторезистивные датчики"? Из какого материала их преимущественно делают?

7. Приведите примеры ёмкостных электрических сенсоров.

8. Чем отличаются ёмкостные и импедансные сенсоры?

Упражнение 5.1. Пользуясь формулами (5.1), подсчитайте погрешность измерения температуры объекта температурным сенсором, если:

Вариант 1. Тепловое сопротивление между ним и объектом , тепловое сопротивление между ним и окружающей средой, между ним и измерительной схемой, температура окружающей среды, температура измерительной схемы, температура саморазогреваt=0,2.

.Вариант 2. Тепловое сопротивление между ним и объектом , тепловое сопротивление между ним и окружающей средой, между ним и измерительной схемой,. температура саморазогреваt=0,3.

Вариант 3. . температура саморазогреваt=0,2.

Упражнение 5.2. Пользуясь формулами (5.2), подсчитайте:

Вариант 1. Относительное изменение сопротивления платинового терморезистора, если .

Вариант 2. Относительное изменение сопротивления терморезистора из вольфрама, если .

Вариант 3. Относительное изменение сопротивления терморезистора из никеля, если .

Вариант 4. Относительное изменение сопротивления терморезистора из меди, если .

Вариант 5. При какой температуре сопротивление платинового терморезистора равно 1500 Ом, если при температуре оно равнялось 1000 Ом? (ТКС платины).

Упражнение 5.3. Пользуясь формулами (5.3) и (5.4), подсчитайте:

Вариант 1. Относительное изменение электрической ёмкости цилиндрического конденсатора при перемещении его сердечника на 10 мкм, если начальное значение . С какой точностью надо измерять ёмкость, чтобы надежно фиксировать перемещения объекта на такую величину? Будет ли изменяться результат измерения под влиянием теплового расширения, если сердечник и обкладка такого конденсатора изготовлены из одного металла?

Вариант 2. Относительное изменение электрической ёмкости плоского конденсатора, если исходное расстояние 0,25 мм между его обкладками изменилось на 1 мкм. С какой точностью надо измерять ёмкость, чтобы надежно фиксировать перемещения одной из обкладок на 1 мкм?

Вариант 3. Относительное изменение электрической ёмкости плоского конденсатора, если исходное расстояние 0,25 мм между его обкладками уменьшилось на 1 мкм, а диэлектрическая проницаемость заполняющей жидкости увеличилось с = 24,1 до 25,4.