Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy Odporové senzory Obecné vlastnosti odporových senzorů Odporové senzory kontaktové Měřící potenciometry Odporové tenzometry Odporové senzory teploty Odporové senzory vlhkosti Odporové senzory záření Další odporové senzory Elektronické detektory pro odporové senzory
Obecné vlastnosti odporových senzorů vyvážený nebo nevyvážený můstek s<<<<p uvažovat parazitní kapacitu Cp při měření střídavým napětím
Kontaktové senzory zdvihové spínání se děje pohybem kolmým ke stykové ploše třecí (smykové) spínání smykovým pohybem ve směru stykové plochy rtuťové v zatavené baňce vytváří rtuť vodivý můstek mezi kontakty polovodičové většinou triaky se spínáním v nule (Solid State elay) nebo tranzistory MOS. jazýčkové uzavřené vakuové
Měřící potenciometry změna odporu je lineární nebo úhlovou změnou polohy kontaktu zatěžovací odpor snímače byl co největší, Z odporové čidlo stavu paliva
Měřící potenciometry realizovány spíše TLV technologií pevný odpor pohyblivý kontakt (jezdec) držák přítlačný systém jezdec odporová dráha kontakty pevný kontakt pohyblivý odpor
Odporové tenzometry tenzometry kovové (drátkové, foliové a napařované) s volným drátkem nebo lepené polovodičové (monokrystalické, polykrystalické) měření tlakové (tahové) síly, tlaku, momentu kroucení, zrychlení atd. = α p p Změna odporu je dána závislostí na změně délky vodiče a jeho průřezu x
Odporové polovodičové tenzometry zanedbatelné mechanické a krystalografické hystereze použitelnosti pro širší rozsah teplot řezáním, broušením či leptáním monokrystalu nebo planárně difúzní technologií na křemíkový substrát velmi citlivé, nelineární
Polovodivé materiály a jejich vlastnosti Materiál Křemík Křemík Germanium Germanium Typ polovodiče Typ P Typ N Typ P Typ N Měrný odpor 0,017-0,02 0,35 1 0,25 Jmenovitý odpor při 20 C 100-350 100-400 50-500 50-300 Součinitel deformační citlivosti při 20 C 130-100 až -130 55-100 Pracovní proud 20-40 10-20 10-25 5-35 Pracovní rozsah poměrných deformací ±10-3 ±5.10-4 ±5.10-4 ±5.10-4 ozměry Délka 4,4-12,7 5-7 10 3,5-10 Tloušťka 0,017-0,4 0,1-0,4 0,15-0,5 0,15-0,4 Šířka 0,05-0,5 0,05-0,8 0,7-2 0,2-2
Konstrukce tenzometrů nejčastěji uspořádány jako Wheatstonův můstek membrána 1 4 2 3
Odporové senzory teploty Odporové kovové senzory teploty Pt (- 259.34 630.74 C), Ni (- 60 C 150 C ), Cu, Ag (do 200 C ), Au (do 400 C ), Ag-Au (do 120 C ), Pt-Ir Odporové oxidokovové senzory teploty cermetové Odporové polovodičové snímače teploty monokrystalické (bez PN přechodu) a polykrystalické Odporové polymerní senzory teploty na bázi uhlíku
Cermetové termistory TLV pasty - velkou citlivostí a přesností v biologické rozsahu - 30 C až + 60 C PTC (Positive Temperature Coefficient) TC kolem 3000 5000 ppm/ C, piezoelektrických keramických materiálů (např. BaTiO 3 ) NTC (Negative Temperature Coefficient) termistory ( T ) = 0 exp β T T0 1 1
Odporové senzory vlhkosti Pevné a sypké látky, kdy se systémem elektrod změří vodivost látky, která je závislá na její vlhkosti; nepřímé měření měření vlhkosti převedeno na měření teploty, rozdílu teplot nebo polohy; psychometrická metoda využívá rozdílu teplot mezi mokrým a suchým teploměrem, z nichž lze určit vlhkost plynu; hydrometrická metoda je založena na schopnosti některých látek udržovat svoji vlhkost v rovnováze s vlhkostí okolních vzduchu, změny vlhkosti jsou převáděny na změny odporového článku.
Odporové senzory vlhkosti změna odporu (vodivosti) materiálu vlivem adsorpce molekul vody nenasákavý substrát hřebínkové elektrody porézní vrstva vlhkost = f( izol )
Odporové senzory záření odporové senzory záření polovodičové fotorezistory (meandr) změna vodivosti polovodiče působením elektromagnetického záření kladný fotoelektrický vodivostní jev generace volných nosičů náboje vlivem absorbované energie (sirník kademnatý CdS)
Další odporové senzory odporové senzory magnetických veličin magnetorezistory magnetodioda ovládání efektivní doby života nadbytečných nosičů proudu vnějším magnetickým polem odporové senzory vakua - polovodičového článku, který je zahřátý na teplotu okolí, teplota článku je závislá na tepelné vodivosti okolního plynu odporové analyzátory plynů vodivostní (konduktometrické) chemosenzory
Elektronické detektory pro odporové senzory Wheatstonův můstek 4 1 U N U P U DD 3 2 U OUT 0V U 1. 2. 3. OUT = A U = U 2 U 1 = 1 2 = U 1 = 2 = 3 = 4 U OUT = A U 1 = 2 = 4 = 3 1 U OUT = A U 4 3 DD 3 + 3 4 = + DD 0.5 2 + δ = + DD δ + 0.5 2 + δ +,2,3 +,4 U DD = δ 2 + 1 = δ 2
Elektronické detektory pro odporové senzory Měření proudu Uin SENS Uout Uout = Uin SENS
Elektronické detektory pro čtyřvodičové měření odporové senzory U+ ozdílový zesilovač SENS G Uout Uout = A( G ) I