Реферат: Компьютеризированный сбор данных. Датчики и их классификация

3. Высокая скорость отклика.

4. Удобство применения интегральной технологии (оптические датчики, как правило, твердотельные и по­лупроводниковые), обеспечивающей малые размеры и большой срок службы.

5. Обширная сфера использования: измерение раз­личных физических величин — перемещения, темпера­туры, давления, плотности и др., определение формы, распознавание объектов и т. д.

Наряду с преимуществами оптические датчики обла­дают и некоторыми недостатками, а именно чувствитель­ны к загрязнению, подвержены влиянию постороннего света, светового фона, а также температуры (при полу­проводниковой основе).

Рис. 4. 6. Схема (а), поясняющая принцип действия фотогальванического элемента, и его вольт-амперная характеристика (б).

в) датчики влажности и газовые анализаторы

Влаж­ность—физический параметр, с которым, как и с тем­пературой, человек сталкивается с самых древних времен; однако надежных датчиков влажности не было в течение длительного периода. Чаще всего для подобных датчиков использовались человеческий или конский во­лос, удлиняющиеся 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. В последнее время у дат­чиков влажности появилась новая, быстро расширяю­щаяся область применения, а именно системы автома­тизации управления электронной кухонной плитой и устройства обнаружения повышенной влажности (нера­бочее состояние) в видеомагнитофонах.

Газовые датчики широко используются на производ­ственных предприятиях для обнаружения разного рода вредных газов, а в домашних помещениях—для обна­ружения утечки горючего газа. Во многих случаях тре­буется обнаруживать определенные виды газа и жела­тельно иметь газовые датчики, обладающие избиратель­ной характеристикой относительно газовой среды. Од­нако реакция на другие газовые компоненты затрудняет создание избирательных газовых датчиков, обладающих высокой чувствительностью и надежностью. Газовые датчики могут быть выполнены на основе МОП-тран­зисторов, гальванических элементов, твердых электроли­тов с использованием явлений катализа, интерференции, 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 SiOz, или устройства, работающие по принципу каталитического горения.

При использовании датчиков газа и влажности для регистрации состояния различных сред, в том числе и агрессивных, часто возникает проблема долговечности.

г) магнитные датчики

Главной особенностью магнит­ных датчиков, как и оптических, является быст­родействие и возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом, но в отличие от оптических этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению. Од­нако в силу характера магнитных явлений эффективная работа этих датчиков в значительной мере зависит от такого параметра, как расстояние, и обычно для магнит­ных датчиков необходима достаточная близость к воз­действующему магнитному полю.

Таблица 4.4. Классификация магнитных датчиков

Тип	Материал
Датчик Холла Магнитный диод Магниторезистор	Полупроводник Si, Ge, QaAsSiInSb,InAs
Магниторезистор Датчик Виганда	Ферромагнетик Ni—Co Fe—Ni, V—Co—Fe
Датчик Джозефсона	Сверхпроводник Pb, Nb

Среди магнитных датчиков хорошо известны датчики Холла. В настоящее время они применяются в качестве дискретных элементов, но быстро расширяется приме­нение элементов Холла в виде ИС, выполненных на крем­ниевой подложке. Подобные ИС наилучшим образом отвечают современным требованиям к датчикам. Осо­бенно эффективно применение элементов Холла в бес­коллекторных двигателях видеомагнитофонов, где они используются для определения положения угла поворо­та и управления частотой вращения.

Магниторезистивные полупроводниковые элементы имеют давнюю историю развития. Сейчас снова оживи­лись исследования и разработки магниторезистивных Датчиков, в которых используются ферромагнетики. Не­достатком этих датчиков является узкий динамический Диапазон обнаруживаемых изменений магнитного поля. Однако высокая чувствительность, а также возможность создания многоэлементных датчиков в виде ИС путем напыления, т. е. технологичность их производства, со­ставляют несомненные преимущества.

Взяв за основу элементы Холла или магниторезистивные, можно с помощью промежуточных преобразо­ваний явлений создать датчики давления, массы, расхода жидкости и др.

Эффект Джозефсона, или, иными словами, эффект сверхпроводимости при очень низких температурах, по­зволяет получить сверхчувствительные магнитные дат­чики. С их помощью можно обнаруживать микроизмене­ния магнитного поля, связанные с потоками крови в системе кровообращения человека. Не исключено, что подобные датчики потребуются в медицине.

4.3.4. Классификация датчиков

а) по физическим закономерностям

- механические упругие преобразователи;

- электрические и механоэлектрические резистивные преобразователи;

- электростатические преобразователи;

- преобразователи электромеханической группы;

- гальваномагнитные преобразователи;

- электромагнитные преобразователи;

- тепловые преобразователи;

- электрохимические преобразователи;

- оптические преобразователи;

- квантовые преобразователи.