1. Какие вы знаете датчики перемещения?

Датчики перемещения вырабатывают сигнал пропорциональный перемещению объекта из одной точки пространства в другую. Простейший датчик влажности воздуха состоит из натянутого обезжиренного волоса, длина которого зависит от влажности.

Наиболее простым и весьма часто используемым датчиком перемещения является потенциометрический датчик, в котором движок потенциометра связывается с перемещаемым телом. Такие датчики могут фиксировать перемещение от 0,1 мм до 1000 мм. Хорошо известен указатель уровня топлива в баке автомобиля, в котором поплавок посредством рычага перемещает ползунок потенциометра. Недостатками потенциометрических датчиков перемещения являются недостаточная в ряде случаев точность и наличие силы трения ползунка, делающая этот датчик контактным и препятствующая его применению в ряде устройств.

В качестве бесконтактных датчиков перемещения часто используются емкостные и индуктивные датчики, в которых величина емкости или индуктивности изменяются при перемещении. Изменение емкости или индуктивности преобразуется в информационный сигнал либо при использовании моста переменного тока, либо при включении этих элементов в состав генератора, частота генерации которого меняется при изменении емкости или индуктивности. Ничто так точно не измеряется, как измеряется частота. Легко доступными способами, например, путем использования электронно-счетных частотомеров, частоту можно измерять с точностью до 10-8. Таким образом, используя емкостные и индуктивные датчики можно получить очень высокую точность измерения перемещения и высокую чувствительность к изменению очень малых перемещений. Без особых затруднений можно фиксировать перемещения до 10-9 м.

2)Какие вы знаете датчики скорости?

2. Датчики скорости. Существуют два принципиально разных датчика скорости: датчик скорости вращательного движения и датчик скорости поступательного движения.

Конструкция датчика скорости вращательного движения может быть очень простой. Достаточно поместить на вращающийся объект постоянный магнит, проходящий мимо катушки индуктивности. В результате электромагнитной индукции на концах катушки индуктивности возникает эдс индукции, период повторения которой равен периоду вращения. Можно использовать многополюсный магнит. Вариантов подобных устройств множество. Часто используются датчики скорости вращательного движения с оптопарой, в которых либо периодически прерывается луч света, либо происходит его отражения от вращающегося диска с периодическими темными и светлыми полосами. Полученный промодулированный луч света попадает на фотоприемник, выдающий электрический сигнал с частотой модуляции света.

Датчик скорости поступательного движения может быть устроен разными способами. Во-первых, на основе классического определения - по измерению промежутка времени, за которое тело проходит фиксированный отрезок пути. Измерение промежутка времени можно осуществить, применяя две оптопары, стоящие в начале и конце отрезка пути. Кроме того, очень часто для определения скорости применяется эффект Доплера с использованием электромагнитных или акустических волн. Например, скорость движения автомобиля определяется при использовании эффекта Доплера при отражении сантиметровых электромагнитных волн с длиною волны около 3 см.

3)Какие вы знаете датчики ускорения?

3.Датчики ускорения. Ускорение тела или системы тел определяется путем измерения инерционных сил, возникающих при ускорении тел, обладающих массой. Силы же преобразуются в перемещения с использованием упругих элементов. Особое значение имеют датчики периодически повторяющихся ускорений, типа вибраций, возникающих при вращении несбалансированных масс. Подобные вибрации наблюдаются в самого разного рода двигателях турбинах и т.д. Контроль за величиной этих вибраций, имеет важное практическое значение. В этом случае широко применяются пьезоэлектрические датчики ускорения, в которых за счет пьезоэффекта инерционные силы преобразуются в электрический сигнал. Часто такие датчики называют акселерометрами.

4)Устройство электретного микрофона.

Поэтому были разработаны различные типы более качественных микрофонов: электродинамические, пьезоэлектрические, емкостные и электретные микрофоны. В настоящее время наибольшее распространение получили электретные микрофоны. В нем тонкая металлизированная мембрана колеблется в постоянном электрическом поле, создаваемом поляризованным диэлектриком-электретом.

В большинстве случаев для создания гидрофонов используется поляризованная керамика на основе цирконата-титаната свинца. Иногда для лучшего согласования волновых сопротивлений воды и материала гидрофона используют пористую керамику.

5)Устройство простейшего датчика влажности.

Водяные пары, содержащиеся в воздухе,

окружающем датчик, проникают через

верхний слой полимера, задерживающий

загрязнения, и далее через слой пористой платины

во второй слой полимера.

Это приводит к изменению емкости

конденсатора, образованного слоями платины.

Низкотемпературные датчики оснащены схемами преобразования емкость-

напряжение и температурной компенсации, выполненными на отдельном

кристалле.

В высокотемпературных датчиках на керамической подложке

устанавливается килоомный платиновый резистивный датчик температуры.

Выходной параметр датчиков влажности зависит не только от

относительной влажности воздуха ,но в значительной степени и от температуры.

Поэтому в датчиках высокой точности или рассчитанных на широкий

температурный диапазон используется температурная компенсация.

Выходное напряжение датчика влажности есть функция напряжения

питания, RH% и температуры, т. е. V0UT=f(VS9 RH%, T). Выход датчика логометри-

ческий, т. е. выходной сигнал пропорционален питающему напряжению Ks.

Поэтому, если

датчик должен работать на уровнях влажности 90% и выше, необходимо

принять меры против конденсации. Некоторые способы борьбы с конденсацией:

• периодическое перемешивание воздуха с тем, чтобы избежать локальных

температурных флуктуации;

• защита датчика от попадания брызг;

• подогрев датчика с тем, чтобы температура активной области была выше

точки росы. Это можно сделать как внешним нагревателем, так и за счет самона-

грева кристалла при использовании повышенного напряжения питания.

Основным динамическим параметром датчиков относительной влажности

является время отклика, которое, например, для датчика HIH-3602 составляет

50 с при медленном перемещении окружающего воздуха с температурой 25°С.

6)Какова температурная чувствительность различных термосопротивлений?

7)Какова температурная чувствительность РN перехода.

Для измерения температуры широко применяют термопары, вырабатывающие напряжение пропорциональное разности температур между горячим и холодным спаем термопары. Недостатком применения термопары является необходимость контроля температуры холодного спая и низкая чувствительность - порядка 5мкВ/градус Цельсия. Абсолютное значение температуры можно получить при использовании термосопротивления. Как известно, сопротивление чистых металлов прямо пропорционально абсолютной температуре. При комнатной температуре равной 20oC сопротивление при изменении температуры на один градус изменится на 1/293 часть своей величины. Это значит, что при использовании термосопротивления в качестве датчика температуры можно получить сигнал в 100 раз больший, чем при использовании термопары. Однако для создания такого датчика необходим очень тонкий проводник большой длины, что в ряде случае неудобно для применения. Полупроводниковые терморезисторы очень чувствительны к изменению температуры. Их чувствительность может достигать -4% на градус. Однако сопротивление полупроводникового терморезистора нелинейно зависит от температуры, что затрудняет их применение. Иногда в качестве датчика температуры с успехом можно использовать падение напряжения на прямосмещенном p-n переходе, зависящее от температуры со скоростью ≈ -2мВ/градус. Для этой цели рекомендуется использовать не диод, а эмиттерный переход транзистора. Некоторые такие датчики можно использовать до 250оС. Подобные датчики выпускаются некоторыми фирмами в интегральном исполнении с цифровым или аналоговым выходом.

Очень высокие температуры в ряде случаев можно измерять неконтактными датчиками, фиксирующими тепловое излучение.