- •В. Н. Седалищев Физические основы получения измерительной информации с использованием генераторных и параметрических первичных преобразователей Учебное пособие
- •Введение
- •Глава 1
- •1. Информационно-энергетические основы теории измерений
- •1.1 Понятие информации. Разновидности информации
- •1.2 Количественная оценка информации
- •1.3 Связь понятий энергии и информации Информационный подход к анализу физических процессов
- •1.4 Применение энерго-информационного подхода к анализу физических процессов
- •Аномалии физических и химических свойств воды
- •1.5 Связь теории информации с теорией измерений
- •Количественная оценка измерительной информации
- •Естественные пределы измерений
- •1.6 Причины наличия ограничений количества информации, получаемой при измерениях
- •Разновидности шумов и причины их появления
- •1.7 Способы повышения информативности измерительного процесса
- •1.8 Общая характеристика этапов измерительного преобразования
- •Метрологические характеристики измерительных преобразователей
- •1.2 Классификация физических эффектов и областей их применения в измерительной технике
- •«Фундаментальное единство» природы. Метод электромеханических аналогий
- •Физические основы построения измерительных преобразователей генераторного типа
- •Физические основы создания электромеханических измерительных преобразователей генераторного типа
- •2.3 Пьезоэффект и его применение в измерительной технике
- •2.3.1 Теоретические основы построения пьезоэлектрических измерительных преобразователей генераторного типа
- •2.3.3 Ээсз пьезоэлектрического преобразователя генераторного типа
- •2.3.4 Физические основы работы пьезорезонансных измерительных преобразователей
- •2.3.2 Электрострикция и области применения ее в измерительной технике
- •2.4 Физические основы создания термоэлектрических измерительных преобразователей
- •2.4.1 Пироэффект и применение его в измерительных устройствах
- •2.4.2 Термоэлектрические эффекты в проводниках и полупроводниках
- •2.4.3 Особенности практической реализации термоэлектрических эффектов в измерительных устройствах
- •2.5 Гальваномагнитные эффекты и применение их в измерительных устройствах
- •2.5.1 Эффект Холла и применение его в измерительных устройствах
- •3. Физические эффекты, связанные с модуляцией активного сопротивления ээсз измерительного преобразователя
- •3.1 Принципы построения и разновидности резистивных измерительных преобразователей
- •3. 2 Физические основы создания пьезорезистивных преобразователей контактного сопротивления
- •3.3 Физические основы создания тензорезистивных проводниковых измерительных преобразователей
- •3.4 Физические основы полупроводниковых тензорезистивных преобразователей
- •3.6 Физические основы магниторезистивных измерительных преобразователей
- •3.7 Физические основы работы проводниковых терморезистивных измерительных преобразователей
- •3.8 Физические основы создания полупроводниковых терморезистивных измерительных преобразователей
- •3.9 Физические основы создания фоторезистивных измерительных преобразователей
- •3.10 Физические основы применения явления сверхпроводимости в измерительных устройствах
- •3.10.1 Свойства сверхпроводников
- •3.10.2 Квантово-механическая теория сверхпроводимости
- •Объяснение понятий экситона и поляритона
- •3.10.3 Применение явления сверхпроводимости в измерительной технике
- •3.10.4 Эффект Мейснера и его практическое применение
- •3.10.5 Стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона и применение их в измерительной технике
- •4. Физические основы создания электрохимических измерительных преобразователей
- •4.1 Полярографический эффект в растворах и применение его в измерительных устройствах
- •4.2 Физические основы работы кондуктометрических измерительных преобразователей
- •4.3 Применение в измерительной технике электрокинетических явлений в растворах
- •4.4 Принципы работы гальванических измерительных преобразователей
- •5. Физические основы создания первичных преобразователей, основанных на модуляции магнитных параметров измерительной цепи
- •5.1 Принцип работы магнитоиндукционных измерительных преобразователей генераторного типа
- •5.2 Теоретические основы создания индуктивных измерительных преобразователей
- •5.3 Принцип работы вихретоковых измерительных устройств
- •5.4 Физические основы магнитомодуляционных измерительных преобразователей
- •Эффект Виганда
- •5.5 Физические эффекты, связанные с модуляцией магнитных характеристик материалов
- •Пример реализации магнитострикционного эффекта в датчиках линейных перемещений
- •Принцип работы устройства
- •Дополнительные эффекты, возникающие в магнитомодуляционных преобразователях
- •5.6 Физические основы создания магнитоупругих измерительных преобразователей
- •5.7 Зависимость магнитной проницаемости ферромагнетиков от влияющих факторов
- •6. Физические основы создания емкостных измерительных преобразователей
- •6.1 Модуляция геометрических размеров емкостных преобразователей
- •Принципы работы емкостных измерительных преобразователей
- •Емкостной преобразователь с переменной площадью обкладок
- •6.2 Физические основы емкостных измерительных устройств, основанных на модуляции диэлектрических свойств веществ
- •6.2.1 Строение материалов
- •6.2.2 Виды связей и механизмы поляризации диэлектриков
- •6.2.3 Влияние агрегатного состояния вещества на его диэлектрические свойства
- •6.2.4 Примеры практической реализация емкостных измерительных устройств, основанных на управлении диэлектрической проницаемостью веществ
- •7. Физические основы создания биодатчиков генераторного и параметрического типов
- •Глава 1. Информационно-энергетические основы теории измерений
- •Глава 2. Физические основы построения измерительных преобразователей генераторного типа
- •Глава 3. Физические эффекты, связанные с модуляцией активного сопротивления ээсз измерительного преобразователя
- •Глава 4. Физические основы создания электрохимических измерительных преобразователей
- •Глава 5. Физические основы создания первичных преобразователей, основанных на модуляции магнитных параметров измерительной цепи
- •Глава 6. Физические основы создания емкостных измерительных преобразователей
- •Глава 7. Физические основы создания биодатчиков генераторного и параметрического типов
- •Перечень физических эффектов
3.7 Физические основы работы проводниковых терморезистивных измерительных преобразователей
Зависимость сопротивления проводника от температуры используется для измерения тепловых величин и связанных с ними других физических величин электрической и неэлектрической природы, например: температуры газообразных, жидких и твердых тел; скорости потока, давления и состава газовых сред; величины тока высокой частоты и др. При этом в качестве чувствительных элементов используют проводники и полупроводники, что определяет градацию термопреобразователей на два класса, принципиально отличающихся по многим характеристикам:проводниковые и полупроводниковые терморезисторы.
Согласно классической электронной теории сопротивление проводника определяется характером столкновений подвижных носителей заряда (электронов, ионов) с неподвижными атомами, ионами.
Рис. 3.11 Гипотетическая зависимость сопротивления проводника от температуры.
Точка перегиба кривой соответствует температуре Дебая (Θ), при которой энергия связи электронов с атомами сравнима с энергией их теплового движения.
При высоких температурах говорят о «вырожденном электроном газе», как об условии, обеспечивающем прохождение через проводник электрического тока. При этом сопротивление резистора обусловлено соударением электронов с атомами, дефектами и примесями.
Согласно классической теории (Друде) сопротивление проводника определяется длиной свободного пробега электронов между соударениями, их средней скоростью теплового движения.
; (3.18)
(3.19)
(3.20)
(3.21)
(3.22)
(3.23)
При низких температурах электроны имеют кинетическую энергию движения, сравнимую с энергией связи их с атомами. Поэтому необходимо описывать электропроводность с позиций квантовой теории строения вещества (эффект не линейный). В окрестности температуры Дебая зависимость сопротивления от температуры характеризуется зависимостью близкой линейной (по форме кривой), что используется для создания термодатчиков с линейными градуировочными характеристиками.
Согласно квантовой теории проводимости атомы совершают колебания в узлах кристаллической решётки с амплитудой (x). При этом энергия колебаний атома (W) определяется соотношением:
. (3.34)
Площадь мишени для движущегося электрона пропорциональна квадрату амплитуды колебаний () атома. Сопротивление движению электронов, определяемое числом соударений их с атомами, пропорционально площади мишени, механической энергии колебаний атома, соответственно, и внутренней тепловой энергии вещества (kT), что определяет при данных условиях линейную зависимость удельного сопротивления проводника от температуры:
. (3.35)
При фазовых переходах, например, при изменении агрегатного состояния вещества скачкообразно изменяется его удельное сопротивление. Это обусловлено тем, что изменяется плотность вещества и в результате изменяется длина свободного пробега электронов. Для большинства материалов, как известно, удельное сопротивление возрастает, а для некоторых, например, для висмута, галлия, сурьмы - снижается.