- •Введение
- •1. Общие сведения о датчиках физических величин
- •1.1. Основные характеристики датчиков
- •1.2. Классификация датчиков
- •2. Датчики деформации
- •2.1. Принцип действия
- •2.2. Конструкции тензодатчиков и их параметры
- •2.2.1. Конструкции металлических датчиков
- •2.2.2. Конструкции полупроводниковых датчиков
- •2.2.3. Основные параметры тензорезисторов
- •2.2.4. Тензодиоды и тензотранзисторы
- •2.3. Области применения и типы датчиков
- •Контрольные вопросы
- •3. Датчики температуры
- •3.1. Принцип действия
- •3.1.1. Термопары
- •3.1.2. Металлические термометры сопротивления
- •3.1.3. Термисторы
- •3.1.4. Позисторы
- •3.1.5. Измерение температуры с помощью диодов и транзисторов
- •3.2. Конструкции и параметры датчиков температуры
- •3.2.1. Термопары
- •3.2.2. Металлические термометры сопротивления
- •3.2.3. Термисторы
- •3.2.4. Позисторы
- •3.3. Области применения и типы датчиков
- •3.4. Термоанемометрический метод измерения скоростей потока газов и жидкостей
- •Контрольные вопросы
- •4. Твердотельные датчики газов
- •4.1. Принцип действия твердотельных датчиков газов
- •4.1.1. Термокондуктометрические датчики
- •4.1.2. Термохимические (каталитические) ячейки
- •4.1.3. Электрохимическая (топливная) ячейка
- •4.1.4. Полупроводниковые датчики газов
- •4.2. Конструкции и параметры датчиков
- •4.2.1. Термокондуктометрическая измерительная ячейка
- •4.2.2. Термохимическая (каталитическая) ячейка
- •4.2.3. Конструкция и параметры топливных элементов
- •4.2.4. Конструктивные и технологические особенности твердотельных датчиков газов
- •Контрольные вопросы
- •5. Датчики магнитного поля
- •5.1. Принцип действия
- •5.2. Преобразователи Холла
- •5.2.1. Технология изготовления и конструкции
- •5.2.2. Основные параметры и свойства
- •5.2.3. Применение преобразователей Холла
- •5.3. Полупроводниковые магниторезисторы
- •5.4. Магниторезисторы из ферромагнетиков
- •5.5. Магнитодиоды
- •5.6. Биполярные магнитотранзисторы
- •Контрольные вопросы
- •6. Оптические датчики
- •6.1. Принцип действия полупроводниковых приемников излучения
- •6.2. Основные характеристики фотоприемников
- •6.3. Фоторезисторы
- •6.3.1. Технология изготовления и конструкция
- •6.3.2. Характеристики и параметры
- •6.4. Фотодиоды
- •6.5. Полупроводниковые фотоэлементы
- •6.6. Фототранзисторы
- •6.7. Датчики ик-излучения
- •Контрольные вопросы
- •7. Датчики влажности
- •7.1. Единицы измерения влажности
- •7.2. Методы измерения влажности
- •7.3. Конденсационные датчики
- •7.4. Психрометрические датчики
- •7.5. Сорбционные датчики влажности
- •7.5.1. Кулонометрические датчики
- •7.5.2. Пьезосорбционные датчики
- •7.5.3. Импедансные датчики
- •Контрольные вопросы
- •8. Датчики микроэлектромеханических систем
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
4.1.2. Термохимические (каталитические) ячейки
Датчики такого типа называются пеллисторами (pellistor) и предназначены для контроля концентрации в воздухе только горючих газов (H2, CO, углеводородов, C2H5OH и др.).
Действие датчика основано на влиянии реакции горения газов, находящихся в контакте с нагретой спиралью в термохимической ячейке, на величину электросопротивления этой спирали. Температура спирали должна быть достаточной для воспламенения горючего газа (600÷900 ºС). Горение – это быстро протекающая экзотермическая реакция соединения горючего газа с кислородом. Например, горение СО в воздухе описывается реакцией
2СО + О2 → 2СО2 + ∆Q (4.1)
c выделением тепла реакции ∆Q. Для начала горения необходима термическая активация процесса, что осуществляется с помощью нагретой платиновой спирали. При малых концентрациях горючего газа в воздухе количества тепла ∆Q пропорционально концентрации горючего газа. Тепло реакции горения приводит к повышению температуры спирали к увеличению ее сопротивления пропорционально концентрации газа. Для предотвращения окисления спирали в процессе горения используют спирали из платины или иридия – термостойких инертных металлов.
Катализаторы (Pd, Rh и др.) снижают активационные пороги многих реакций, в том числе и реакции горения. Нанесение катализаторов на нагревательную спираль снижает температуру горения на 200 – 300 ºС, и воспламенение происходит при 400÷600 ºС. Подбором различных катализаторов и изменением рабочей температуры нагревательной спирали можно добиться селективности датчика к различным газам.
Термохимические ячейки недороги, надежны и чувствительны для контроля ПДК многих горючих газов.
4.1.3. Электрохимическая (топливная) ячейка
Датчики с электрохимической ячейкой используются для контроля натекания воздуха в исследуемый объем, для определения концентрации кислорода (окислителя) или газа-восстановителя в воздухе. Натекание воздуха можно определить по содержащемуся в нем кислороду (21 % об.). С другой стороны, нормальная жизнедеятельность человека возможна при содержании кислорода в воздухе не ниже 19 % об. Такую концентрацию можно измерить электрохимической ячейкой.
Электрохимическая ячейка является разновидностью химического источника тока (гальванического элемента), в котором не все компоненты химической реакции заложены заранее, а непрерывно подводятся в процессе работы, как например, кислород подводится с воздухом и служит окислителем. Электрохимическая ячейка содержит два электрода с электролитом между ними. В качестве электродов используются графит, Pt, Ni, Ag и др. Электролитами служат щелочь (КОН) или твердые электролиты. Электроды окружены фильтром – мембраной, проницаемым для контролируемых газов. В результате химической реакции с кислородом между катодом и анодом возникает напряжение, возрастающее пропорционально содержанию кислорода в атмосфере.
Недостатком электрохимической ячейки является ограниченность ее применения только контролем концентрации активных окислительных или восстановительных газов. Нейтральные газы топливной ячейкой не контролируются.