Влажность—физический параметр, с которым, как и с температурой, человек сталкивается с самых древних времен; однако надежных датчиков влажности не было в течение длительного периода. Чаще всего для подобных датчиков использовались человеческий или конский волос, удлиняющиеся или укорачивающиеся при изменении влажности. В настоящее время для определения влажности используется полимерная пленка, покрытая хлористым литием, набухающим от влаги. Однако датчики на этой основе обладают гистерезисом, нестабильностью характеристик во времени и узким диапазоном измерения. Более современными являются датчики, в которых используются керамика и твердые электролиты. В них устранены вышеперечисленные недостатки. Одна из сфер применения датчиков влажности—разнообразные регуляторы атмосферы. В последнее время у датчиков влажности появилась новая, быстро расширяющаяся область применения, а именно системы автоматизации управления электронной кухонной плитой и устройства обнаружения повышенной влажности (нерабочее состояние) в видеомагнитофонах.
|
|
Газовые датчики широко используются на производственных предприятиях для обнаружения разного рода вредных газов, а в домашних помещениях—для обнаружения утечки горючего газа. Во многих случаях требуется обнаруживать определенные виды газа и желательно иметь газовые датчики, обладающие избирательной характеристикой относительно газовой среды. Однако реакция на другие газовые компоненты затрудняет создание избирательных газовых датчиков, обладающих высокой чувствительностью и надежностью. Газовые датчики могут быть выполнены на основе МОП-транзисторов, гальванических элементов, твердых электролитов с использованием явлений катализа, интерференции, поглощения инфракрасных лучей и т. д. Для регистрации утечки бытового газа, например сжиженного природного или горючего газа типа пропан, используется главным образом полупроводниковая керамика, в частности SiOz, или устройства, работающие по принципу каталитического горения.
При использовании датчиков газа и влажности для регистрации состояния различных сред, в том числе и агрессивных, часто возникает проблема долговечности.
Г) магнитные датчики
Главной особенностью магнитных датчиков, как и оптических, является быстродействие и возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом, но в отличие от оптических этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению. Однако в силу характера магнитных явлений эффективная работа этих датчиков в значительной мере зависит от такого параметра, как расстояние, и обычно для магнитных датчиков необходима достаточная близость к воздействующему магнитному полю.
|
|
Таблица 4.4. Классификация магнитных датчиков
Тип | Материал |
Датчик Холла Магнитный диод Магниторезистор | Полупроводник Si, Ge, QaAs Si InSb,InAs |
Магниторезистор Датчик Виганда | Ферромагнетик Ni—Co Fe—Ni, V—Co—Fe |
Датчик Джозефсона | Сверхпроводник Pb, Nb |
Среди магнитных датчиков хорошо известны датчики Холла. В настоящее время они применяются в качестве дискретных элементов, но быстро расширяется применение элементов Холла в виде ИС, выполненных на кремниевой подложке. Подобные ИС наилучшим образом отвечают современным требованиям к датчикам. Особенно эффективно применение элементов Холла в бесколлекторных двигателях видеомагнитофонов, где они используются для определения положения угла поворота и управления частотой вращения.
Магниторезистивные полупроводниковые элементы имеют давнюю историю развития. Сейчас снова оживились исследования и разработки магниторезистивных Датчиков, в которых используются ферромагнетики. Недостатком этих датчиков является узкий динамический Диапазон обнаруживаемых изменений магнитного поля. Однако высокая чувствительность, а также возможность создания многоэлементных датчиков в виде ИС путем напыления, т. е. технологичность их производства, составляют несомненные преимущества.
Взяв за основу элементы Холла или магниторезистивные, можно с помощью промежуточных преобразований явлений создать датчики давления, массы, расхода жидкости и др.
Эффект Джозефсона, или, иными словами, эффект сверхпроводимости при очень низких температурах, позволяет получить сверхчувствительные магнитные датчики. С их помощью можно обнаруживать микроизменения магнитного поля, связанные с потоками крови в системе кровообращения человека. Не исключено, что подобные датчики потребуются в медицине.
Классификация датчиков
а) по физическим закономерностям
- механические упругие преобразователи;
- электрические и механоэлектрические резистивные преобразователи;
- электростатические преобразователи;
- преобразователи электромеханической группы;
- гальваномагнитные преобразователи;
- электромагнитные преобразователи;
- тепловые преобразователи;
- электрохимические преобразователи;
- оптические преобразователи;
- квантовые преобразователи.
б) по виду входной измеряемой величины:
- преобразователи электрических величин;
- преобразователи неэлектрических величин.
в) по способу формирования выходного сигнала:
- генераторные;
- параметрические.
г) по методу преобразования:
- прямого преобразования;
- преобразователи уравновешивания.
д) по функции преобразования:
- масштабные;
- функциональные (многопараметрические, интегрирующие, дифференцирующие, статистические и т.п.)
Типы сигналов
Аналоговые сигналы
Основные параметры:
- максимальный размах;
- динамический диапазон;
- частотный диапазон;
- отношение сигнал/шум;
- и т.д.
Импульсные сигналы
Основные характеристики:
- уровень логического нуля;
- уровень логической единицы;
- частота следования импульсов;
- ширина импульса;
- тип импульсной модуляции (если есть).
Цифровой сигнал
а) квантование по уровню
Основные характеристики:
- шаг квантования;
- разрядность квантования;
- погрешность квантования;
Правило выбора разрядности квантования