- •1. Первичные преобразователи (датчики)
- •Измерения. Основные понятия
- •Метрологические характеристики
- •2. Схемы формирования сигналов пассивных датчиков
- •Потенциометрические схемы с резистивными датчиками
- •Дифференциальное включение датчиков
- •Использование мостовых схем
- •Расчёт мостового чувствительного элемента
- •Емкостные преобразователи перемещений
- •3. Разомкнутая и замкнутая структура измерительных устройств для датчиков
- •4. О физических свойствах веществ и эффектах в них, использованных в изделиях мст. Понятие тензора
- •О тензорном описании физических свойств кристаллов
- •Тензорное описание воздействий на кристалл (электрические, механические и тепловые воздействия) Электрическое воздействие
- •Механические воздействия
- •Тепловое расширение
- •5. Взаимная связь физических свойств и явлений в кристаллах
- •Пироэлектрический эффект
- •Пьезоэлектрический эффект
- •Историческая справка
- •Пьезоэлектрические материалы
- •6. Тензорезисторы
- •Конструкции тензорезисторов
- •7. Микросистемные датчики давления
- •8. Датчики ускорения, вибрации, удара, положения
- •Акселерометры
- •9. Вибрационные гироскопы
- •О применении микроакселерометров и гироскопов
- •10. Субмикронные магнитные сенсоры
- •Гигантское магнитное сопротивление (гмс)
- •11. Микросенсоры расхода (газа, жидкости)
- •12. Микронасосы
- •Клапанные микронасосы
- •Пьезоэлектрический возбудитель
- •Двухклапанный поршневой насос
- •Термопневматический микронасос
- •Бесклапанные микронасосы
- •Электрические микронасосы
- •13. Термоэлектрические сенсоры температуры
- •2. Резистивные сенсоры температуры
- •3. Полупроводниковые сенсоры температуры
- •4. Пьезоэлектрические датчики температуры
- •5. Использование сенсоров температуры в комбинации с другими преобразователями
- •5.1. Каталические сенсоры концентрации газов
- •5.2. Тепловые расходомеры
- •5.3. Акселерометры с нагревом газа
- •6. Бесконтактное измерение температуры
- •6.2. Принцип действия приемников теплового излучения
- •6.3. Сенсоры излучения на основе термоэлектрического и терморезистивного эффектов
- •6.4. Пироэлектрические датчики ик - излучения
- •6.5. Термопневматические детекторы
- •14. Характерные черты кристаллической структуры и виды химических связей
- •2. Описание структуры кристаллов. Пространственная решетка
- •3. Структура алмаза
- •4. Связь свойств кристаллов кремния со структурой его кристаллической решетки
- •5. Механические свойства монокристаллического кремния
- •6. Травление – один из способов формообразования при изготовлении элементов мст
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.