РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: Датчики - Технічні науки - Реферати - Каталог статей

Датчики Вступ Людина очима сприймає форму, розміри і колір навколишніх предметів, вухами чує звуки, носом відчуває запахи. Зазвичай говорять про п'ять видів відчуттів, пов'язаних із зором, слухом, нюхом, смаком і дотиком. Для формування відчуттів людині необхідне зовнішнє роздратування певних органів - "датчиків відчуттів". Для різних видів відчуттів роль датчиків грають певні органи чуття: Зір......Очі Слух........Вуха Смак........Мова Нюх....Ніс Дотик....Шкіра Проте, для отримання відчуття одні тільки органів чуття 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 нім 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 роздратування як щось солодке або гірке, тихе або 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'єкту управління, її контроль і обробку центральним пристроєм і видачі ним сигналів, що управляють, 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 цю взаємодію в електричні сигнали. Існує безліч явищ і ефектів, видів перетворення властивостей і енергії, які можна використовувати для створення датчиків. У табл. 1 приведений порівняно скромний перелік. При класифікації датчиків як основа часто використовується принцип їх дії, який, у свою чергу, може базуватися на фізичних або хімічних явищах і властивостях. Основні види Температурні датчикия. 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 самих распространненых. 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 терморезисторів: 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). Звичайний опір під впливом температури змінюється досить різко. Для розширення лінійної ділянки цієї зміни паралельно і послідовно терморезистору приєднуються резистори. Термопари особливо широко застосовуються в області вимірювань. У них використовується ефект Зєєбека: у спаї з різнорідних металів виникає ЭДС, приблизно пропорційна різниці температур між самим спаєм і його виводами. Діапазон вимірюваних термопарою температур залежить від вживаних металів. У термочувствительных 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 вживаних в нім матеріалів. Термочувствітельниє діоди і тиристори відносяться до напівпровідникових датчиків, в яких використовується температурна залежність провідності p-n-переходу (зазвичай на кристалі кремнію). Останнім часом практичне застосування знайшли так звані інтегральні температурні датчики, що є термочувствительный діодом на одному кристалі з периферійними схемами, наприклад підсилювачем і ін. Оптичні датчикия. Подібно до температурних оптичні датчики від личаются 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, з - швидкість світла, л - довжина хвилі світла), то, чим коротше довжина хвилі опромінюючого світла, тим більше енергія електронів і легше подолання ними вказаного бар'єру. Ефект фотопровідності, або внутрішній фотоефект, - це зміна електричного опору фізичного тіла при опромінюванні його світлом. Серед матеріалів, що володіють ефектом фотопровідності, - ZNS, CDS, GaAs, Ge, PBS і ін. Максимум спектральної чутливості CDS доводиться 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 експонометрах фото- і кінокамер, в автоматичних вимикачах і регуляторах світла, обнаружителях полум'я і ін. Недолік цих датчиків - сповільнена реакція (50 мс і більш). Фотогальванічний ефект полягає у виникненні ЭДС на виводах p-n-переходу в опромінюваному світлом напівпровіднику. Під впливом світла усередині p-n-переходу з'являються вільні електрони і дірки і генерується ЭДС. 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 із зарядовим зв'язком (ПЗС-ДАТЧИКОВ). Як матеріал підкладки для фотогальванічних датчиків найчастіше використовується кремній. Порівняно висока швидкість відгуку і велика чутливість в діапазоні від ближньої інфрачервоної (ГИК) зони до видимого світла забезпечує цим датчакам широку сферу застосування. Піроелектричні ефекти - це явища, при яких на поверхні фізичного тіла унаслідок змін поверхневого температурного "рельєфу" виникають електричні заряди, відповідні цим змінам. Серед матеріалів, що володіють подібними властивостями: і множина інших так нызываемых піроелектричних матеріалів. У корпус датчика вбудований польовий транзистор, що дозволяє перетворювати високий повний опір піротехнічного елементу з його оптимальними електричними зарядами в нижчий і оптимальний вихідний опір датчика. З датчиків цього типу найчастіше використовуються ИК-ДАТЧИКИ. Серед оптичних датчиків мало знайдеться таких, які володіли б достатньою чутливістю у всьому світловому діапазоні. Більшість датчиків мають оптимальну чутливість в досить вузькій зоні ультрафіолетовою, або видимою, або інфрачервоній частині спектру. Основні переваги перед датчиками інших типів: 1. Возмож ность безконтактного виявлення. 2. Можливість (при соот ветствующей оптиці) вимірювання об'єктів як з надзвичайно великими, так і з незвичайно 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. Обширна сфера використання: вимірювання різних фізичних величин, визначення форми, розпізнавання об'єктів і т.д. Разом з перевагами оптичні датчики володіють і деякими недоліками, а саме чутливі до забруднення, схильні до впливу стороннього світла, світлового фону, а також температури (при напівпровідниковій основі). Датчики тиску. У датчиках тиску завжди відчувається біль шая потреба, і вони знаходять вельми широке застосування. Принцип реєстрації тиску служить основою для багатьох інших типів датчиків, наприклад датчиків маси, положення, рівня і витрати рідини і 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. Потенциалометрічеськие (реостатні), ємкісні, індукційні, магнитнострикционные, ультразвукові датчики тиску мають на виході електричний сигнал, але порівняно складні у виготовленні. В даний час як датчики тиску все ширше використовуються тензометры. Особливо перспективними представляються полкпроводниковые тензометры дифузійного типу. Дифузійні тензометры на кремнієвій підкладці володіють високою чутливістю, малими розмірами і легко інтегруються з периферійними схемами. Шляхом того, що труїть за тонкопленочной технологією на поверхні кристала кремнію з n-продимостью 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, в якою входять ці резистори. Напівпровідникові датчики тиск дифузійного типу, подібний вищеописаному, широко використовується 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 найстародавніших часів; проте надійних датчиків не було протягом тривалого періоду. Найчастіше 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, що набухає від вологи. Проте датчики на цій основі володіють гістерезисом, нестабільністю характеристик в часі і вузьким діапазоном вимірювання. Сучаснішими є датчики, в яких використовуються кераміка і тверді електроліти. У них усунені вищеперелічені недоліки. Одна з 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 горючого газу. У багатьох випадках потрібно виявляти певні види газу і бажано мати газові датчики, що володіють виборчою характеристикою щодо газового середовища. Проте реакція на інші газові компоненти утрудняє створення виборчих газових датчиків, що володіють високою чутливістю і надійністю. Газові датчики можуть бути виконані на основі МОП-ТРАНЗИСТОРОВ, гальванічних елементів, твердих електролітів з використанням явищ каталізу, інтерференції, поглинання інфрачервоних променів і т.д. Для реєстрації витоку побутового газу, наприклад зрідженого природного або горючого 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, у тому числі і агресивних, часто виникає проблема довговічності. Магнітні датчикия. Головною особеностью 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. Проте через характер магнітних явищ ефективна робота цих датчиків значною мірою залежить від такого параметра, як відстань, і зазвичай для магнітних датчиків необхідна достатня близькість до впливаючого магнітного поля. Серед магнітних датчиків добре відомі датчики Холу. В даний час вони застосовуються як дискретні елементи, але швидко розширюється застосування елементів Холу у вигляді ИС, виконаних на кремнієвій підкладці. Подібні ИС найкращим чином відповідають сучасним вимогам до датчиків. Магніторезістівниє напівпровідникові елементи мають давню історію розвитку. Зараз знову пожвавилися дослідження і розробки магниторезистивных датчиків, в яких використовується феромагнетики. Недоліком цих датчиків є вузький динамічний діапазон змін магнітного поля, що виявляються. Проте висока чутливість, а також можливість створення багатоелементних датчиків у вигляді ИС шляхом напилення, тобто технологічність їх виробництва, складають безперечні переваги. Список використаної літератури 1. Який Н., Ямане Я. Датчики і МИКРО-ЭВМ. Л: Енергоатоміз дат, 1986г. 2. У.Титце, К.Шенк. Напівпровідникова схемотехніка. М: Мир, 1982г. 3. П.Хоровиц, У.Хилл. Мистецтво схемотехніки т.2, М: Мир, 1984г. 4. Довідкова книга радіоаматора-конструктора. М: Радіо і зв'язок, 1990г.
1 2 3 4 5 Категория: Технічні науки \| Добавил: DoceNt (02.01.2015)
Просмотров: 774 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: