- •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
Контрольные вопросы
1. Как можно объяснить спектральную характеристику фоторезистора?
2. Какими параметрами характеризуется фоторезистор?
3. Каковы отличия в свойствах фотодиодов и фоторезисторов?
4. На основе каких структур можно изготовить фотодиод и каковы основные отличия в свойствах фотодиодов на основе различных выпрямляющих электрических переходов?
5. Как в фотоэлементе происходит непосредственное преобразование световой энергии в электрическую?
6. Каков принцип действия биполярного фототранзистора?
7. Какова природа пироэлектрического эффекта?
8. Какие датчики используются для обнаружения человека?
9. На основе каких материалов можно изготовить фотодетекторы для ИК- области спектра, работающих в диапазоне «атмосферного окна» 8 – 14 мкм?
7. Датчики влажности
Знание влажности воздуха и других газов необходимо для контроля физико-химических и биологических процессов. Перечислим основные области использования датчиков влажности:
– бытовое кондиционирование воздуха. Значения относительной влажности, соответствующие ощущению комфорта, составляют от 35 до 70 %. При более низкой влажности возникает раздражение дыхательных путей, появляется статическое электричество; при очень высокой влажности происходит ослабление кожного дыхания и потоотделения. Кроме того при поддерживании высокой влажности возрастают энергозатраты;
– кондиционирование воздуха в промышленности. В зависимости от типа производства требования к влажности сильно отличаются: в текстильной промышленности влажность должна быть постоянной, так как ее изменения приводят к изменению натяжения волокна и влияют на работу станков. В пищевой промышленности условия хранения различных продуктов требуют различной влажности: для одних продуктов желательна стабильная температура (немного выше 0 °С) при очень высокой влажности – 85 – 90 %, для других – высокая влажность может привести к появлению плесени, а низкая – к потери массы за счет испарения;
– обнаружение следов водяного пара. Многие технологические процессы требуют отсутствия следов водяного пара. В микроэлектронике содержание влаги в корпусах интегральных схем не должно превышать 500 молекул воды на миллион молекул воздуха, на операциях сборки – не более 50 молекул, при эпитаксии кремния – менее одной. Датчики относительной влажности для измерения десятитысячных долей процента требуются в металлургии, ядерной энергетике, теплотехнике, электроэнергетике.
7.1. Единицы измерения влажности
Содержание влаги измеряется в единицах абсолютной влажности, парциального давления паров воды, объемного влагосодержания, относительной влажности и температуры точки росы.
Абсолютная влажность измеряется в граммах воды на кубический метр.
Парциальное давление паров воды измеряется в гектопаскалях (104 Па).
Объемное влагосодержание (объемная концентрация паров воды) определяется как отношение объема паров воды к общему объему паровой смеси и выражается в объемных процентах или в единицах ppm (одна часть на миллион).
Относительная влажность измеряется в процентах и определяется как отношение парциального давления паров воды к давлению насыщенных паров при данной температуре.
Температура точки росы – это температура, при которой начинается конденсация паров воды, содержащихся в газе при его изобарическом охлаждении. Соотношение между различными единицами влажности при 21 °С приведено в таблице.