- •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
7.4. Психрометрические датчики
Психрометрические датчики используются для измерения относительной влажности газов (чаще всего воздуха) при температурах выше 0 °С. В основе их работы лежит зависимость разности показаний сухого и влажного термометров от влажности воздуха. Температура влажного термометра tвл зависит от интенсивности испарения паров воды с увлажненной поверхности. Между парциальным давлением паров воды РВ при температуре сухого термометра t и разностью температур сухого и влажного термометров (t – tвл) существует соотношение
РВ = – A ∙P ∙(t – tвл), (7.1)
где – давление насыщенного пара воды при температуре влажного термометра tвл; Р – общее давление; А – психрометрический коэффициент, зависящий от свойств газа, температуры и конструктивных особенностей датчика.
Точность показаний психрометра зависит от его конструкции (скорости воздушного потока, обтекающего влажный термометр, взаимного расположения термометров, температуры и чистоты воды для увлажнения фитиля и др.).
Чувствительность психрометра зависит только от чувствительности датчиков температуры, в качестве которых могут использоваться термопары, термометры сопротивления полупроводниковые терморезисторы и термодиоды. Дифференциальная схема включения датчиков температуры обеспечивает высокую чувствительность и хорошую точность измерений даже вблизи насыщения, где использование большинства других датчиков влажности ограничено.
Простота и дешевизна психрометров обеспечивает их широкое применение в бытовой технике и в системах кондиционирования воздуха. Однако им присущи и такие недостатки, как необходимость мокрого термометра, зависимость показаний от суммарного давления газа, низкотемпературный (0 °С) и высокотемпературный пределы измерений. Психрометры, не рассчитанные на непрерывную подачу воды для смачивания фитиля, работают при температурах до 40 °С, при более высоких температурах вода для смачивания фитиля может испаряться быстрее, чем установится равновесие. Психрометры с непрерывной подачей воды, компенсирующей испарение. Используются до температур 90 – 100 °С, специальные психрометры для промышленных сушилен могут работать до температур 200 – 250 °С, при этом температура влажного термометра составляет 20 – 75 °С. Отмеченные недостатки приводят к тому, что в общем объеме выпуска датчиков влажности доля психрометров постоянно снижается.
7.5. Сорбционные датчики влажности
Принцип действия датчиков основан на явлении сорбции влаги из анализируемой среды. Содержание влаги оценивается по изменению физико-химических или электрофизических параметров чувствительного элемента датчика. В зависимости от механизма сорбции различают адсорбционные, абсорбционные и хемосорбционные датчики влажности.
В адсорбционных датчиках сорбция паров воды происходит на поверхности непористого сорбента или на поверхности пор пористого. В абсорбционных датчиках влага поглощается всем объемом сорбента. В хемосорбционных датчиках сорбированная вода вступает в химическую реакцию с материалом сорбента.
В датчиках адсорбционного и абсорбционного типа поглощение влаги сорбентом сопровождается изменением его массы и электрофизических свойств: электропроводности, диэлектрической проницаемости и др. В соответствии с этим различают датчики гравитационного типа (например, пьезосорбционные, основанные на изменении массы сорбента) и импедансные, действие которых основано на измерении сопротивления или емкости пленки сорбента при поглощении влаги.