НОУ ИНТУИТ | Интеллектуальные сенсоры. Лекция 8: Физические основы работы и классификация электрических сенсоров. Резистивные, емкостные и импедансные сенсоры

Учитесь и получайте официальные документы БЕСПЛАТНО. Вы можете поддержать наш проект.

Регистрация Вход

Твой путь к знаниям!

Опубликован: 26.05.2010 | Уровень: специалист | Доступ: платный

|

Вам нравится? Нравится 35 студентам

| Поделиться |

Поддержать программу

Набор для практики

Вопросы для самопроверки

По какому принципу классифицируют электрические сенсоры?
Что такое "трансдьюсер"? Почему электрические сенсоры часто применяют в качестве трансдьюсеров?
Что такое "терморезисторы"? Имеется ли различие между "терморезисторами" и "термисторами"?
Что такое "фоторезисторы"? Объясните физический механизм их действия. Что такое "спектральная характеристика" фоторезистора?
Что такое "пьезорезисторы"? Для чего их применяют?
Что такое "гигристоры"? Для чего их применяют?
Что такое "магниторезистивные датчики"? Из какого материала их преимущественно делают?
В чем состоит явление ""гигантского магнетосопротивления"? Где его уже применяют?
Приведите примеры ёмкостных электрических сенсоров.
Чем отличаются ёмкостные и импедансные сенсоры?
Как устроены ёмкостные или импедансные пленочные сенсоры? Чем определяется их избирательность?

Упражнения

Упражнение 8.1. Установите соответствие между перечисленными в таблице видами электрических сенсоров, электрическими свойствами, которые в них изменяются под воздействием наблюдаемого объекта, и группой чувствительных элементов, к которым они относятся:

Вид сенсоров	Электрическое свойство	Группа
1) Биполярные транзисторы	а) емкость	А) пассивные
2) Вольтаические	б) импеданс	Б) активные
3) Газоразрядные	в) сопротивление
4) Диоды	г) напряжение
5) Ёмкостные	д) ток
6) Импедансные
7) Полевые транзисторы
8) Резистивные
9) С отрицательными участками ВАХ

Упражнение 8.2. В "Физические основы работы акустических сенсоров. Приемники акустических сигналов. Некоторые интеллектуальные акустические сенсоры" (п. 5.2.1) рассказывалось о таких акустических сенсорах как резистивные и ёмкостные микрофоны, в которых используются чувствительные электрические элементы. Объясните, почему эти микрофоны отнесены к акустическим сенсорам, и в каком качестве применяются в них чувствительные электрические элементы.

Упражнение 8.3. Установите соответствие между перечисленными в таблице видами резистивных сенсоров и внешними факторами, на которые они реагируют:

Вид сенсоров	Внешний фактор
1) Акусторезистивные	а) влажность воздуха
2) Гигристоры	б) ВЧ акустическая волна
3) Магниторезистивные	в) магнитное поле
4) Пьезорезисторы	г) механическое напряжение
5) Тензорезистивные	д) свет
6) Термисторы	е) температура
7) Терморезисторы
8) Фоторезисторы

Упражнение 8.4. Пользуясь формулами (8.1), подсчитайте погрешность измерения температуры объекта $T_O = 450 \textit{К}$ температурным сенсором, если:

Вариант 1. Тепловое сопротивление между ним и объектом $R_О = 3 \textit{ К}\text{/Вт}$ , тепловое сопротивление между ним и окружающей средой $R_с = 60 \textit{ К}\text{/Вт}$ , между ним и измерительной схемой $R_{\textit{и}} = 120 \textit( К}\text{/Вт}$ , температура окружающей среды $Т_1 = 270 \textit{ К}$ , температура измерительной схемы $Т_2 = 300 \textit{ К}$ , мощность саморазогрева $q = 6 \text{ мВт}$ .

Вариант 2. Тепловое сопротивление между ним и объектом $R_О = 6 \textit{ К}\text{/Вт$ , тепловое сопротивление между ним и окружающей средой $R_c = 160 \textit{ К}\text{/Вт}$ , между ним и измерительной схемой $R_{\textit{и}} = 200 \textit{ К}\text{/Вт},\; Т_1 = 290 \textit{ К},\; Т_2 = 310 \textit{К}$ , мощность саморазогрева $q = 5 \text{ мВт}$ .

Вариант 3. $R_О = 50 \textit{ К}\text{/Вт}, R_с = 2000 \textit{ К}\text{/Вт}, R_{\textit{и}} = 4000 \textit{ К}\text{/Вт}, Т_с = 300 \textit{К}, Т_{\textit{и}} = 320 \textit{ К}, q = 5 \textit{ мВт}$ .

Вариант 4. $R_О = 250 \textit{ К}\text{/Вт}, R_с = 2\times 10^4 \textit{ К}\text{/Вт}, R_{\textit{и}} = 105 \textit{ К}\text{/Вт}, Т_с = 270 \textit{К}, Т_{\textit{и}} = 310 \textit{ К}, q = 5 \text{ мВт}$ .

Упражнение 8.5. Пользуясь формулами (8.2), подсчитайте:

Вариант 1. Относительное изменение сопротивления платинового терморезистора, если $Т=750 \textit{ К}, Т_0 = 273 \textit{ К}, \alpha = 0,00392 \textit{ К}^{–1}$ .

Вариант 2. Относительное изменение сопротивления терморезистора из вольфрама, если $Т =1400 \textit{ К}, Т_0 = 273 \textit{ К},\alpha = 0,0051 \textit{ К}^{–1}$ .

Вариант 3. Относительное изменение сопротивления терморезистора из никеля, если $Т =500 \textit{ К}, Т_0 = 273 \textit{ К}, \alpha = 0,0027 \textit{ К}^{–1}$ .

Вариант 4. Относительное изменение сопротивления терморезистора из меди, если $Т =340 \textit{ К}, Т_0 = 273 \textit{ К}, \alpha = 0,0043 \textit{ К}^{–1}$ .

Вариант 5. При какой температуре сопротивление платинового терморезистора равно 1500 Ом, если при температуре $Т_0 = 273 \textit{ К}$ оно равнялось 1000 Ом? (ТКС платины $\alpha = 0,00392 \textit{ К}^{–1}$ ).

Упражнение 8.6. Пользуясь формулами (8.3) и (8.4), подсчитайте:

Вариант 1. Относительное изменение электрической ёмкости цилиндрического конденсатора при перемещении его сердечника на 10 мкм, если начальное значение $l = 10 \text{ мм}$ . 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 $\varepsilon$ = 24,1 до 25,4.

Вариант 4. Ёмкостной сенсор уровня жидкости ( рис. 8.9) установлен в герметически закрытом резервуаре с этиловым спиртом, имеющим диэлектрическую проницаемость $\varepsilon = 24,2$ . Пластины измерительного конденсатора имеют высоту = 2 м. Найдите соотношение ёмкостей конденсатора, когда уровень жидкости находится на высоте H_1 = 1950 мм и на высоте H_2 = 5 мм. С какой относительной точностью надо измерять ёмкость, чтобы точность определения уровня спирта была не меньше ±1 мм?