114

1. Первичные преобразователи (датчики)

Одна из обширных областей, куда МСТ вторглась в первую очередь и где она завоёвывает позиции очень быстро - это датчики. В очень большом числе случаев система (и не только техническая) включает следующие главные устройства: получение нужной информации, её передача, переработка, принятие решения и, наконец, исполнительное устройство (рис.1). В последние годы в вопросах передачи и переработки информации микроэлектроника позволила получить впечатляющие результаты. Главным объектом внимания МСТ стали датчики и исполнительные механизмы.

хранение

Обработка и принятие решения

передача

Переработка информации

в уд. форму

исполнение

Объекты МЭ

Объект МСТ

Объект МСТ

Рис.1. Типичная схема технической системы

Задачи те же: интеграция конструкций и технологий с целью снижения весов, размеров, уменьшение доли ручного труда и, как следствие, снижение стоимости и возможности более массового применения микросистемных методов.

В датчиках, как правило, осуществляется преобразование различных форм энергии в электрический сигнал.

В таблице 1 приведены некоторые примеры преобразования различных видов энергии в электрический сигнал с помощью микроэлектронных преобразователей.

Таблица 1

Энергия	Микроэлектронные преобразователи
Механическая	Тензорезисторы, тензодиоды, транзисторы, емкостные преобразователи, диод Ганна, микроэлектроды (туннельный эффект).
Акустическая	Пьезопреобразователи, тензопреобразователи.
Электрическая	Микроэлектроды, ионочуствительные приборы.
Магнитная	Датчики Холла, магниторезисторы, магнитодиоды, магнитотранзисторы.
Тепловая	Терморезисторы, диоды, транзисторы, пироэлектроны.
Световая	Фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, ПЗС.
Химическая	Микроэлектроды, хемотронные приборы, ионочуствительные приборы.
Ядерная	Полупроводниковые детекторы излучения.

Если проанализировать потребность в датчиках для измерения различных параметров, то в некоторой степени об этом можно судить по доле выпускаемых преобразователей различного типа (по американским данным).

Характерные цифры представлены в таблице 2.

Таблица 2

Измеряемый параметр	Доля выпускаемых преобразов. в % от общего числа
Давление Температура Параметры движения Размеры Расход материалов Эл. и магн. величины Уровень Химический состав Сила Свойства материалов Ядерные излучения Другие	24 14,5 13,7 10,5 7,5 6,0 4,6 4,0 3,4 3,4 2,2 6

Пример:

Какие датчики нужны в современном автомобиле:

Давление: - масла в тормозной системе,

- топлива,

- воздуха в карбюраторной системе.

Положение: -кузова относительно горизонтали,

-рейки топливного насоса.

Уровня: -топлива,

-масла в картере,

-охлаждающей жидкости.

Температуры: -масла,

-охлаждающей жидкости,

-топлива,

-воздуха в всасываюшем насосе,

-воздуха в подкапотном пространстве.

Нагрузки: -на оси.

Углы: -поворота дроссельной заслонки,

-угловые скорости коленвала и колёс.

Координаты, скорость и ускорение – собственно автомобиля.

Сейчас в процессе разработки и внедрения:

- датчики перемещения педали газа, открытия заслонки впрыска;

- измерение быстро переменных давлений в камере сгорания;

- датчики системы антиблокировки колёс;

- датчики ускорений систем безопасности;

- датчики положения узлов дверей, стёкол, люков и.т.п.;

- сигнализаторы остаточной ёмкости аккумулятора;

- сигнализаторы опасности сближения, препятствий;

- системы навигации и диагностики;

- автоматическая балансировка колёс и т.д.

Наиболее быстро прогрессируют в области МСТ датчики измерения параметров движения, химического состава, давления и температуры.