49.Преобразователи Холла. Возникновение эдс Холла.

Эффект заключается в явлении возникновения поперечной разности потенциалов в полупроводнике, по которому протекает электрический ток и существует магнитное поле Н, перпендикулярное направлению тока.

Физическая природа эффекта Холла заключается в том, что на движущийся носитель тока в магнитном поле с индукцией В действует сила Лоренца

Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки. Если проводник n-типа проводимости, то электроны будут смещаться влево к внешней стороне пластины, заряжая её отрицательно.

В полупроводника p-типа проводимости при том же направлении тока сила Лоренца будет смещать дырки в том же направлении. При этом левая внешняя сторона пластинки зарядится положительно.

. Поскольку эдс зависит от В, датчик используется для оценки тока, расстояния, вращений, магнитного поля. Преимущества: малые размеры (h=0,01-0,02 мм), хорошее разрешение, чувствительность. Исполнение: бескорпусное или интегральное. Требует наличие магнитного поля: постоянный магнит либо встроен, либо крепится на объект.

51. Датчики тока и напряжения на Холле

Датчики тока предназначены для измерения постоянного или переменного токов с гальванической развязкой силовой цепи и цепей контроля. Конструкция датчиков тока включает в себя магнитопровод с зазором и компенсационной обмоткой, датчик Холла и электронную плату обработки сигналов. Магниточувствительный датчик Холла закреплен в зазоре магнитопровода и соединен с входом электронного усилителя. При протекании измеряемого тока по шине, охватываемой магнитопроводом, в последнем наводится магнитная индукция. Датчик Холла, реагирующий на возникшее магнитное поле, вырабатывает напряжение, пропорциональное величине наведенной магнитной индукции. Выходной сигнал с датчика усиливается электронным усилителем и подается в компенсационную обмотку. В результате, по обмотке течет компенсационный ток, пропорциональный измеряемому току по величине и соответствующий ему по форме. Возникающее при этом магнитное поле компенсационной обмотки компенсирует магнитное поле измеряемого тока, и датчик Холла работает как нуль-орган. При этом полоса частот, пропускаемая таким датчиком тока, составляет от 0 Гц (постоянный ток) до 200 кГц. Датчики напряжения, работающие на эффекте Холла, по своему принципу работы аналогичны датчикам тока. Отличие заключается в катушке первичной цепи, которая содержит большее количество витков. Для измерения напряжения достаточно обеспечить первичный ток, эквивалентный преобразуемому напряжению. Это реализуется с помощью резистора, последовательно соединенного с первичной обмоткой. 52. Резистивные преобразователи

Весьма большим классом измерительных преобразо­вателей являются резистивные преобразователи, прин­цип действия которых основан на преобразовании зна­чения измеряемой величины в изменение сопротивления. Последнее может быть вызвано различными эффектами в преобразующем элементе, например нагреванием или охлаждением, механическим напряжением, воздействием светового потока (как в фотопроводящих преобразова­телях), увлажнением, осушением, механическим пере­мещением контактной щетки реостата.

Если через резистивный материал во время измене­ния измеряемой величины протекает фиксированный ток, то результатом будет изменение напряжения вдоль материала, которое отражает изменение измеряемой вели­чины.

Одним из вариантов резистивного преобразователя является потенциометрический преобразователь, в кото­ром изменение измеряемой величины преобразуется в изменение отношения напряжений вследствие изменения положения контактной щетки на резистивном материа­ле, запитываемом от внешнего источника (рис. 2.10). Определенный механический элемент преобразует изме­нение измеряемой величины в перемещение щетки.

 

 

 

Потенциометр, изображенный на рис. 2.10, можно представить в виде эквивалентной электрической схемы, как это сделано на рис. 2.11. Его выходное напряжение определяется выражением

где V₁ - напряжение на входе.

Когда прикладываемое на вход прибора напряжение является постоянным и измеряемое значение определяет­ся положением щетки потенциометра, тогда выходное напряжение есть непосредственно функция измеряемой величины.

 В преобразователях могут использоваться потенциометрические устройства (с одним или несколькими со­противлениями в схеме) либо они сами являются потен­циометром. В последнем случае потенциометрический элемент будет переменным. Некоторые преобразователи имеют непроволочные сопротивления, такие, как металлокерамическая подложка или проводящая пластиковая пленка. Встречаются потенциометры, в которых полный диапазон изменений положения щетки равен 270°, в то время как другие конструкции имеют диапазон в 10 или даже 20 полных оборотов (3600 или 7200°). 53. Реостатные преобразователи выполняют в виде провода, намотанного на каркасе из изоляционного материала, или в виде реохорда. Для этого используют провода из манганина, константана, нихрома, фехраля, а в некоторых случаях – из сплавов платины с иридием, палладием или рутением. Для изоляции витков преобразователя друг от друга провод покрывают эмалью или слоем окислов. Каркасы преобразователей изготовляют из текстолита, стеклотекстолита или иных термостойких изоляционных материалов.

 Функция преобразования реостатного преобразователя представляет собой зависимость выходного напряжения, вызванного изменением его сопротивления, от входного воздействия. Характер этой функции определяется соотношением перемещения подвижного контакта преобразователя и соответствующим изменением его сопротивления.

 Применяют реостатные преобразователи в приборах для измерения линейных и угловых перемещений, уровней жидкостей и др.

 Действие тензорезисторов основано на известном явлении тензоэффекта – свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при механической деформации. При этом считается, что сопротивление проводника (при неизменном объеме) зависит от его длины

 

где Р – удельное сопротивление материала проводника; L  – его длина;  S – площадь поперечного сечения.

 Таким образом, при механической деформации проводника изменение его электрического сопротивления вызывается изменением удельного сопротивления , его длины  или площади поперечного сечения .

 Для изготовления тензорезисторов используют константан, нихром и висмут. Большое распространение получили полупроводниковые материалы – кремний и его окислы. У полупроводниковых тензорезисторов в отличие от металлических чувствительность в несколько сотен раз выше. К тому же кремний имеет невысокий температурный коэффициент сопротивления.

 Конструктивно тензорезисторы выполняют из металлической проволоки, фольги (рис. 21.2) или полупроводникового материала, наклеенных на тонкую бумагу или пленку лака. К концам тензочувствительного элемента припаивают (или приваривают) соединительные проводники из медной проволоки.

 Для применения тензорезисторы крепят на исследуемый объект при помощи различных клеев или лаков. Изменение сопротивления наклеенного тензорезистора, вызванное его деформацией совместно с поверхностью исследуемого объекта, обычно не превышает долей ома. Для измерения таких сопротивлений тензорезисторы, как правило, включают в мостовые схемы.

 Несмотря на то, что тензорезисторы сложно крепить на измеряемом объекте и практически невозможно использовать многократно, они просты, малоинерционны и имеют линейную функцию преобразования. Применяют тензорезисторы в приборах для измерения механических параметров сельскохозяйственных машин и оборудования.