База знаний студента. Реферат, курсовая, контрольная, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

Основные типы датчиков и их назначение — Радиоэлектроника

Посмотреть видео по теме Реферата

 21. 0  2Понятие датчика 0

   Человек глазами воспринимает форму,  размеры и  цвет  окружающих

предметов, ушами слышит звуки, носом чувствует запахи. Обычно гово-

рят о пяти видах ощущений, связанных со зрением, слухом, обонянием,

вкусом  и осязанием.  Для формирования ощущений человеку необходимо

внешнее раздражение определенных органов - "датчиков  чувств".  Для

различных  видов  ощущений роль датчиков играют определенные органы

чувств:

                     Зрение......Глаза

                     Слух........Уши

                     Вкус........Язык

                     Обоняние....Нос

                     Осязание....Кожа

   Однако для получения ощущения одних только органов чувств недос-

таточно.  Например,  при зрительном ощущении совсем не значит,  что

человек видит только благодаря глазам. Общеизвестно, что через гла-

за раздражения от внешней среды в виде сигналов по нервным волокнам

передаются в головной мозг и уже в нем формируется ощущение большо-

го и малого,  черного и белого и т.д. Эта общая схема возникновения

ощущения относится также к слуху, обонянию и другим видам ощущения,

т.е.  фактически внешние раздражения как нечто сладкое или горькое,

тихое или громкое оцениваются головным мозгом,  которому необходимы

датчики, реагирующие на эти раздражения.

     Аналогичная система формируется и в автоматике. Процесс управ-

ления заключается в приеме информации о состоянии объекта  управле-

ния, ее  контроле  и  обработке центральным устройством и выдачи им

управляющих сигналов на исполнительные устройства.  Для приема  ин-

формации служат  датчики  неэлектрических  величин.  Таким образом,

контролируется температура,  механические перемещения,  наличие или

отсутствие предметов, давление, расходы жидкостей и газов, скорость

вращения и т.п.

 22. Принцип действия и классификация 0

   Датчики информируют о состоянии внешней среды путем  взаимодейс-

твия  с ней и преобразования реакции на это взаимодействие в элект-

рические сигналы.  Существует множество явлений и  эффектов,  видов

преобразования  свойств  и энергии,  которые можно использовать для


                               - 2 -

создания датчиков.  В табл.  1 приведен сравнительно скромный пере-

чень.

   При классификации датчиков в качестве основы часто  используется

принцип их действия, который, в свою очередь, может базироваться на

физических или химических явлениях и свойствах.

 23. Основные виды 0

    _Температурные датчики . С температурой мы сталкиваемся  ежедневно,

     и это наиболее знакомая нам физическая величина.  Среди прочих

     датчиков температурные отличаются особенно большим  разнообра-

зием типов  и являются одним из самых распространненых (табл. 2)

     Стеклянный термометр со столбиком ртути известен с давних вре-

мен и широко используется в наши дни.  Терморезисторы сопротивления

которых изменяется под влиянием температуры,  используются довольно

часто в разнообразных устройствах благодаря сравнительно малой сто-

имости датчиков данного типа.  Существует три вида терморезисторов:

с отрицательной характеристикой (их сопротивление уменьшается с по-

вышением температуры), С положительной характеристикой (с повышени-

ем температуры сопротивление увеличивается) и с критичной  характе-

ристикой (сопротивление увеличивается при пороговом значении темпе-

ратуры).  Обычно сопротивление под влиянием температуры  изменяется

довольно  резко.  Для  расширения линейного участка этого изменения

параллельно и последовательно терморезистору присоединяются  резис-

торы.

     Термопары особенно широко применяются в области  измерений.  В

них  используется  эффект  Зеебека:  в спае из разнородных металлов

возникает ЭДС,  приблизительно пропорциональная разности температур

между  самим  спаем и его выводами.  Диапазон измеряемых термопарой

температур зависит от применяемых металлов.  В  термочувствительных

ферритах и конденсаторах используется влияние температуры соответс-

твенно на магнитную и диэлектрическую проницаемость,  начиная с не-

которого значения, которое называется температурой Кюри и для конк-

ретного датчика зависит от применяемых в нем материалов. Термочувс-

твительные  диоды  и тиристоры относятся к полупроводниковым датчи-

кам,  в которых используется температурная зависимость проводимости

p──n-перехода  (обычно  на  кристалле  кремния).  В последнее время

практическое применение нашли так называемые интегральные  темпера-


                               - 3 -

турные  датчики,  представляющие  собой термочувствительный диод на

одном кристалле с периферийными схемами, например усилителем и др.

    _Оптические датчики . Подобно температурным оптические датчики  от-

     личаются большим разнообразием и массовостью применения. Как

видно из табл.  3, по принципу оптико-электрического преобразования

эти датчики можно разделить на четыре типа:  на основе эффектов фо-

тоэлектронной эмиссии,  фотопроводимости, фотогальванического и пи-

роэлектрических.

      1Фотогальваническая эмиссия,  или внешний фотоэффект, 0 - это ис-

пускание  электронов при падении света физическое тело.  Для вылета

электронов из физического тела им необходимо  преодолеть  энергети-

ческий  барьер.  Поскольку  энергия  фотоэлектронов пропорциональна

 1hc/л 0 (где 1 h 0 - постоянная Планка, 1 с 0 - скорость света, 1 л 0 - длина вол-

ны света), то, чем короче длина волны облучающего света, тем больше

энергия электронов и легче преодоление ими указанного барьера.

      1Эффект фотопроводимости,  или внутренний фотоэффект, 0 - это из-

менение электрического сопротивления физического тела при облучении

его светом. Среди материалов, обладающих эффектом фотопроводимости,

- ZnS,  CdS, GaAs, Ge, PbS и др. Максимум спектральной чувствитель-

ности  CdS приходится приблизительно на свет с длиной волны 500-550

нм, что соответствует приблизительно середине зоны чувствительности

человеческого зрения. Оптические датчики, работающие на эффекте фо-

топроводимости,  рекомендуется использовать в экспонометрах фото- и

кинокамер, в автоматических выключателях и регуляторах света, обна-

ружителях пламени и др.  Недостаток этих датчиков - замедленная ре-

акция (50 мс и более).

      1Фотогальванический эффект 0 заключается в возникновении  ЭДС  на

выводах p──n-перехода в облучаемом светом полупроводнике.  Под воз-

действием света внутри p──n-перехода появляются свободные электроны

и дырки и генерируется ЭДС.  Типичные датчики,  работающие по этому

принципу,  - фотодиоды,  фототранзисторы. Такой же принцип действия

имеет  оптико-электрическая часть двухмерных твердотельных датчиков

изображения,  например датчиков  на  приборах  с  зарядовой  связью

(ПЗС-датчиков).  В качестве материала подложки для фотогальваничес-

ких датчиков чаще всего используется кремний.  Сравнительно высокая

скорость  отклика и большая чувствительность в диапазоне от ближней

инфракрасной (ИК) зоны до видимого света обеспечивает этим датчакам


                               - 4 -

широкую сферу применения.

      1Пироэлектрические эффекты 0 - это явления,  при которых  на  по-

верхности физического тела вследствие изменений поверхностного тем-

пературного "рельефа" возникают электрические заряды, соответствую-

щие этим изменениям.  Среди материалов, обладающих подобными свойс-

твами:                        и множество других так нызываемых пи-

роэлектрических материалов.  В корпус датчика встроен полевой тран-

зистор, позволяющий преобразовывать  высокое  полное  сопротивление

пиротехнического элемента с его оптимальными электрическими заряда-

ми в более низкое и оптимальное выходное сопротивление датчика.  Из

датчиков  этого типа наиболее часто используются ИК-датчики.

     Среди оптических датчиков мало найдется таких, которые облада-

ли бы достаточной чувствительностью  во  всем  световом  диапазоне.

Большинство  датчиков имеет оптимальную чувствительность в довольно

узкой зоне ультрафиолетовой,  или видимой,  или инфракрасной  части

спектра.

     Основные преимущества перед датчиками других типов: 1. Возмож-

      ность бесконтактного обнаружения.  2.  Возможность (при соот-

      ветствующей оптике) измерения объектов

         как с чрезвычайно большими, так и с необычайно малыми раз-

         мерами.

      3. Высокая  скорость отклика.  4.  Удобство применения интег-

      ральной технологии (оптические дат-

         чики, как  правило,  твердотельные  и  полупроводниковые),

         обеспечивающей малые размеры и большой срок службы.

      5. Обширная сфера использования: измерение различных физичес-

         ких величин,  определение формы,  распознавания объектов и

         т.д.

     Наряду с преимуществами оптические датчики обладают и  некото-

рыми недостатками, а именно чувствительны к загрязнению, подвержены

влиянию постороннего света,  светового фона,  а  также  температуры

(при полупроводниковой основе).

      _Датчики давления . В датчиках давления всегда испытывается боль-

        шая потребность, и они находят весьма широкое применение.

Принцип регистрации давления служит основой для многих других типов

датчиков, например датчиков массы, положения, уровня и расхода жид-


                               - 5 -

кости  и  др.  В подавляющем большинстве случаев индикация давления

осуществляется благодаря деформации упругих тел,  например диафраг-

мы,  трубки  Прудона,  гофрированной мембраны.  Такие датчики имеют

достаточную прочность, малую стоимость, но в них затруднено получе-

ние электрических сигналов. Потенциалометрические (реостатные), ем-

костные, индукционные, магнитнострикционные, ультразвуковые датчики

давления  имеют  на  выходе  электрический сигнал,  но сравнительно

сложны в изготовлении.

        В настоящее время в качестве датчиков давления все шире ис-

пользуются тензометры. Особенно перспективными представляются полк-

проводниковые тензометры диффузионного типа. Диффузионные тензомет-

ры на кремниевой подложке обладают высокой чувствительностью, малы-

ми  размерами и легко интегрируются с периферийными схемами.  Путем

травления по тонкопленочной  технологии  на  поверхности  кристалла

кремния с 1 n 0-продимостью формируется круглая диафрагма. На краях ди-

афрагмы методом диффузии  наносятся  пленочные  резисторы,  имеющие

 1p 0-проводимость. Если к диафрагме прикладывается давление, то сопро-

тивление одних резисторов увеличивается,  а других  -  уменьшается.

Выходной сигнал датчика формируется с помощью мостовой схемы, в ко-

торою входят эти резисторы.

        Полупроводниковые датчики давления диффузионного типа,  по-

добные вышеописанному, широко используются в автомобильной электро-

нике,  во всевозможных компрессорах. Основные проблемы - это темпе-

ратурная зависимость, неустойчивость к внешней среде и срок службы.

      _Датчики влажности и газовые анализаторы ..  Влажность - физичес-

        кий  параметр,  с  которым,  как и с температурой,  человек

        сталкивается с самых древних времен; однако надежных

датчиков не было в течение длительного периода.  Чаще всего для по-

добных датчиков использовались человеческий или конский волос,  уд-

линяющиеся 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.


                               - 6 -

        Газовые датчики  широко  используются  на  производственных

предприятиях для обнаружения разного рода вредных газов, а в домаш-

них  помещениях  - для обнаружения утечки горючего газа.  Во многих

случаях требуется обнаруживать определенные виды газа и  желательно

иметь газовые датчики, обладающие избирательной характеристикой от-

носительно газовой среды.  Однако реакция на другие газовые  компо-

ненты затрудняет создание избирательных газовых датчиков,  обладаю-

щих высокой чувствительностью и надежностью.  Газовые датчики могут

быть  выполнены на основе МОП-транзисторов,  гальванических элемен-

тов, твердых электролитов с использованием явлений катализа, интер-

ференции,  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     , или устройства, работающие по принципу

каталитического горения.

     При использовании датчиков газа и  влажности  для  регистрации

состояния различных сред, в том числе и агрессивных, часто возника-

ет проблема долговечности.

      _Магнитные датчики . Главной особеностью магнитных датчиков,  как

       и оптических, является быстродействие и возможность обнару-

жения и измерения бесконтактным способом,  но в отличие от оптичес-

ких этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению.  Однако в силу

характера магнитных явлений эффективная работа этих датчиков в зна-

чительной мере зависит от такого параметра, как расстояние, и обыч-

но для магнитных датчиков необходима достаточная  близость  к  воз-

действующему магнитному полю.

     Среди магнитных датчиков хорошо известны датчики Холла. В нас-

тоящее  время  они применяются в качестве дискретных элементов,  но

быстро расширяется применение элементов Холла в виде ИС,  выполнен-

ных на кремниевой подложке.  Подобные ИС наилучшим образом отвечают

современным требованиям к датчикам.

     Магниторезистивные полупроводниковые элементы имеют давнюю ис-

торию развития.  Сейчас снова оживились исследования  и  разработки

магниторезистивных датчиков, в которых используется ферромагнетики.

Недостатком этих датчиков является узкий динамический диапазон  об-

наруживаемых изменений магнитного поля. Однако высокая чувствитель-

ность, а также возможность создания многоэлементных датчиков в виде


                               - 7 -

ИС путем напыления,  т. е. технологичность их производства, состав-

ляют несомненные преимущества.

      _Список использованной литературы

        1. Како Н.,  Яманэ Я. Датчики и микро-ЭВМ. Л: Энергоатомиз-

           дат, 1986г.

        2. У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М: Мир,

           1982г.

        3. П.Хоровиц,  У.Хилл.  Искусство схемотехники т.2, М: Мир,

           1984г.

        4. Справочная книга радиолюбителя-конструктора.  М: Радио и

           связь, 1990г.

21. 0 2Понятие датчика 0    Человек глазами воспринимает форму,  размеры и  цвет  окружающих предметов, ушами слышит звуки, носом чувствует запахи. Обычно гово- рят о пяти видах ощущений, связанных со зрением, слухом, обонянием, вкусом  и о

 

 

 

Внимание! Представленный Реферат находится в открытом доступе в сети Интернет, и уже неоднократно сдавался, возможно, даже в твоем учебном заведении.
Советуем не рисковать. Узнай, сколько стоит абсолютно уникальный Реферат по твоей теме:

Новости образования и науки

Заказать уникальную работу

Похожие работы:

Системы подвижной спутниковой связи на основе низкоорбитальных ИСЗ
Расчет напряженности поля радиотелецентров
Методичка для курсового проектирования по ПТЦА (прикладная теория цифровых автоматов)
Разработка методики программного тестирования цифровых устройств с помощью программного пакета Design Center
Проектирование лог. ключа в n-МОП базисе с квазилинейной нагрузкой (МСХТ)
Расчет характеристик канала вывода СИ (синхротронного излучения)
Устройства защиты громкоговорителей
Промышленное применение лазеров
Трехфазный ток, переходной процесс, четырехполюсник
Приборы выдачи измерительной информации

Свои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru