додати матеріал


Датчики

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Поняття датчика Людина очима сприймає форму, розміри і колір навколишніх предметів, вухами чує звуки, носом відчуває запахи. Зазвичай говорять про п'ять види відчуттів, пов'язаних із зором, слухом, нюхом, смаком і дотиком. Для формування відчуттів людині потрібно зовнішнє роздратування певних органів - "датчиків почуттів". Для різних видів відчуттів роль датчиків грають певні органи чуття: Зір ...... Очі Слух ........ Вуха Смак ........ Мова Нюх .... Ніс Дотик .... Шкіра Проте, для отримання відчуття одних тільки органів почуттів недостатньо. Наприклад, при зоровому відчутті зовсім не означає, що людина бачить тільки завдяки очам. Загальновідомо, що через очі роздратування від зовнішнього середовища у вигляді сигналів по нервових волокнах передаються в головний мозок і вже в ньому формується відчуття великого і малого, чорного і білого і т.д. Ця загальна схема виникнення відчуття відноситься також до слуху, нюху і інших видів відчуття, тобто фактично зовнішні подразнення як щось солодке або гірке, тихе чи гучне оцінюються головним мозком, якому необхідні датчики, що реагують на ці роздратування. Аналогічна система формується і в автоматиці. Процес управління полягає в прийомі інформації про стан об'єкта управління, її контролі і обробці центральним пристроєм і видачі їм управляючих сигналів на виконавчі пристрої. Для прийому інформації служать датчики неелектричних величин. Таким чином, контролюється температура, механічні переміщення, наявність або відсутність предметів, тиск, витрати рідин і газів, швидкість обертання і т.п. Принцип дії і класифікація Датчики інформують про стан зовнішнього середовища шляхом взаємодії з нею і перетворення реакції на це взаємодія в електричні сигнали. Існує безліч явищ і ефектів, видів перетворення властивостей і енергії, які можна використовувати для створення датчиків. У табл. 1 наведено порівняно скромний перелік. При класифікації датчиків як основи часто використовується принцип їх дії, який, у свою чергу, може базуватися на фізичних чи хімічних явищах і властивості. Основні види Температурні датчики. З температурою ми стикаємося щодня, і це найбільш знайома нам фізична величина. Серед інших датчиків температурні відрізняються особливо великою різноманітністю типів і є одним з найбільш распространненой. Скляний термометр із стовпчиком ртуті відомий з давніх часів і широко використовується в наші дні. Терморезистори опору яких змінюється під впливом температури, використовуються досить часто в різноманітних пристроях завдяки порівняно малій вартості датчиків даного типу. Існує три види терморезисторов: з негативною характеристикою (їх опір зменшується з підвищенням температури), З позитивною характеристикою (з підвищенням температури опір збільшується) і з критичною характеристикою (опір збільшується при пороговому значенні температури). Зазвичай опір під впливом температури змінюється досить різко. Для розширення лінійного ділянки цієї зміни паралельно і послідовно терморезистору приєднуються резистори. Термопари особливо широко застосовуються в галузі вимірювань. У них використовується ефект Зеєбека: у спае з різнорідних металів виникає ЕРС, приблизно пропорційна різниці температур між самим спаєм і його висновками. Діапазон вимірюваних термопарою температур залежить від застосовуваних металів. У термочутливих феритах і конденсаторах використовується вплив температури відповідно на магнітну і діелектричну проникність, починаючи з деякого значення, яке називається температурою Кюрі і для конкретного датчика залежить від застосовуваних у ньому матеріалів. Термочутливі діоди і тиристори відносяться до напівпровідникових датчиків, в яких використовується температурна залежність провідності pn-переходу (зазвичай на кристалі кремнію). Останнім часом практичне застосування знайшли так звані інтегральні температурні датчики, що представляють собою термочутливий діод на одному кристалі з периферійними схемами, наприклад підсилювачем і ін Оптичні датчики. Подібно температурним оптичні датчики від личается великою різноманітністю і масовістю застосування. Як видно з табл. 3, за принципом оптико-електричного перетворення ці датчики можна розділити на чотири типи: на основі ефектів фотоелектронної емісії, фотопровідності, фотогальванічного і піроелектричних. Фотогальванічна емісія, або зовнішній фотоефект, - це випускання електронів при падінні світла фізичне тіло. Для вильоту електронів з фізичного тіла їм необхідно подолати енергетичний бар'єр. Оскільки енергія фотоелектронів пропорційна hc / л (де h - постійна Планка, с - швидкість світла, л - довжина хвилі світла), то, чим коротше довжина хвилі облучающего світла, тим більше енергія електронів і легше подолання ними зазначеного бар'єру. Ефект фотопровідності, або внутрішній фотоефект, - це зміна електричного опору фізичного тіла при опроміненні його світлом. Серед матеріалів, що володіють ефектом фотопровідності, - ZnS, CdS, GaAs, Ge, PbS і ін Максимум спектральної чутливості CdS припадає приблизно на світло з довжиною хвилі 500-550 нм, що відповідає приблизно середині зони чутливості людського зору. Оптичні датчики, що працюють на ефекті фотопровідності, рекомендується використовувати в експонометра фото-і кінокамер, в автоматичних вимикачах і регуляторах світла, обнаружителя полум'я і ін Недолік цих датчиків - уповільнена реакція (50 мс і більше). Фотогальванічний ефект полягає у виникненні ЕРС на висновках pn-переходу в опромінюваному світлом напівпровіднику. Під впливом світла всередині pn-переходу з'являються вільні електрони та дірки і генерується ЕРС. Типові датчики, що працюють за цим принципом, - фотодіоди, фототранзистори. Такий же принцип дії має оптико-електрична частина двомірних твердотільних датчиків зображення, наприклад датчиків на приладах з зарядовим зв'язком (ПЗЗ-датчиків). В якості матеріалу підкладки для фотогальванічних датчиків найчастіше використовується кремній. Порівняно висока швидкість відгуку і велика чутливість в діапазоні від ближньої інфрачервоної (ІЧ) зони до видимого світла забезпечує цим датчакам широку сферу застосування. Піроелектричні ефекти - це явища, при яких на поверхні фізичного тіла внаслідок змін поверхневого температурного "рельєфу" виникають електричні заряди, які відповідають цим змінам. Серед матеріалів, що володіють подібними властивостями: і безліч інших так низивают піроелектричних матеріалів. У корпус датчика вбудований польовий транзистор, що дозволяє перетворювати високу повний опір піротехнічного елементу з його оптимальними електричними зарядами в більш низьке і оптимальне вихідний опір датчика. З датчиків цього типу найбільш часто використовуються ІЧ-датчики. Серед оптичних датчиків мало знайдеться таких, які володіли б достатньою чутливістю у всьому світловому діапазоні. Більшість датчиків має оптимальну чутливість в досить вузькій зоні ультрафіолетової, чи видимого, або інфрачервоній частині спектру. Основні переваги перед датчиками інших типів: 1. Можли ність безконтактного виявлення. 2. Можливість (при соот ветствующей оптиці) вимірювання об'єктів як з надзвичайно великими, так і з надзвичайно малими раз заходами. 3. Висока швидкість відгуку. 4. Зручність застосування інтегральної технології (оптичні датчики, як правило, твердотільні і напівпровідникові), що забезпечує малі розміри і великий термін служби. 5. Велика сфера використання: вимірювання різних фізичних величин, визначення форми, розпізнавання об'єктів і т.д. Поряд з перевагами оптичні датчики володіють і деякими недоліками, а саме чутливі до забруднення, схильні до впливу стороннього світла, світлового фону, а також температури (при напівпровідникової основі). Датчики тиску. У датчиках тиску завжди випробовується біль шая потреба, і вони знаходять дуже широке застосування. Принцип реєстрації тиску служить основою для багатьох інших типів датчиків, наприклад датчиків маси, стану, рівня і витрати рідини та ін У переважній більшості випадків індикація тиску здійснюється завдяки деформації пружних тіл, наприклад діафрагми, трубки Прудона, гофрованої мембрани. Такі датчики мають достатню міцність, малу вартість, але в них утруднено отримання електричних сигналів. Потенціалометріческіе (реостатні), ємнісні, індукційні, магнітнострікціонние, ультразвукові датчики тиску мають на виході електричний сигнал, але порівняно складні у виготовленні. В даний час в якості датчиків тиску все ширше використовуються тензометри. Особливо перспективними представляються полкпроводніковие тензометри дифузійного типу. Дифузійні тензометри на кремнієвій підкладці володіють високою чутливістю, малими розмірами і легко інтегруються з периферійними схемами. Шляхом травлення за тонкоплівковою технології на поверхні кристала кремнію з n-продімостью формується кругла діафрагма. На краях діафрагми методом дифузії наносяться плівкові резистори, що мають p-провідність. Якщо до діафрагми прикладається тиск, то опір одних резисторів збільшується, а інших - зменшується. Вихідний сигнал датчика формується за допомогою мостової схеми, у яку входять ці резистори. Напівпровідникові датчики тиску дифузійного типу, подібні вищеописаному, широко використовуються в автомобільній електроніці, у всіляких компресорах. Основні проблеми - це температурна залежність, нестійкість до зовнішнього середовища і термін служби. Датчики вологості і газові аналізатори Вологість - фізичний параметр, з яким, як і з температурою, людина стикається з найдавніших часів, а проте надійних датчиків не було протягом тривалого періоду. Частіше за все для подібних датчиків використовувалися людський або кінський волос, що подовжуються або коротшають при зміні вологості. В даний час для визначення вологості використовується полімерна плівка, покрита хлористим літієм, набухає від вологи. Однак датчики на цій основі мають гістерезисом, нестабільністю характеристик у часі і вузьким діапазоном вимірювання. Більш сучасними є датчики, в яких використовуються кераміка і тверді електроліти. У них ліквідовані перераховані вище недоліки. Одна зі сфер застосування датчиків вологості - різноманітні регулятори атмосфери. Газові датчики широко використовуються на виробничих підприємствах для виявлення різного роду шкідливих газів, а в домашніх приміщеннях - для виявлення витоку пального газу. У багатьох випадках потрібно виявляти певні види газу і бажано мати газові датчики, які мають виборчої характеристикою щодо газового середовища. Однак реакція на інші газові компоненти ускладнює створення виборчих газових датчиків, які мають високу чутливість і надійністю. Газові датчики можуть бути виконані на основі МОН-транзисторів, гальванічних елементів, твердих електролітів з використанням явищ каталізу, інтерференції, поглинання інфрачервоних променів і т.д. Для реєстрації витоку побутового газу, наприклад зрідженого природного або пального газу типу пропан, використовується головним чином напівпровідникова кераміка, зокрема, або пристрої, що працюють за принципом каталітичного горіння. При використанні датчиків газу і вологості для реєстрації стану різних середовищ, в тому числі і агресивних, часто виникає проблема довговічності. Магнітні датчики. Головною особливістю магнітних датчиків, як і оптичних, є швидкодія і можливість виявлення і вимірювання безконтактним способом, але на відміну від оптичних цей вид датчиків не чутливий до забруднення. Однак у силу характеру магнітних явищ ефективна робота цих датчиків в значній мірі залежить від такого параметра, як відстань, і звичайно для магнітних датчиків необхідна достатня близькість до впливу магнітного поля. Серед магнітних датчиків добре відомі датчики Холла. В даний час вони застосовуються в якості дискретних елементів, але швидко розширюється застосування елементів Холла у вигляді ІВ, виконаних на кремнієвій підкладці. Подібні ІС найкращим чином відповідають сучасним вимогам до датчиків. Магніторезистивні напівпровідникові елементи мають давню історію розвитку. Зараз знову пожвавилися дослідження і розробки магніторезистивні датчиків, в яких використовується феромагнетики. Недоліком цих датчиків є вузький динамічний діапазон виявляються змін магнітного поля. Однак висока чутливість, а також можливість створення багатоелементних датчиків у вигляді ІВ шляхом напилення, тобто технологічність їх виробництва, становлять безсумнівні переваги. Список використаної літератури 1. Како Н., Ямане Я. Датчики та мікро-ЕОМ. Л: Енергоатоміз дат, 1986р. 2. У. Тітце, К. Шенк. Напівпровідникова схемотехніка. М: Світ, 1982р. 3. П. Хоровіц, В. Хілл. Мистецтво схемотехніки т.2, М: Світ, 1984р. 4. Довідкова книга радіоаматора-конструктора. М: Радіо і зв'язок, 1990р.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат | 26.9кб. | скачати

Схожі роботи:
Тахометрические датчики
Датчики переміщень
Датчики вологості
Медичні датчики
Герконові датчики
Датчики гідравлічних механізмів
Чутливі елементи або датчики
Автомобільні датчики та інтелектуальні транспортні системи
Системи і датчики для контролю параметрів зовнішнього середовища
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru