Semestrálka mix

oužití.
Emisní snímač světelného záření (fotonka) – princip funkce a konstrukce. Co je spektrální citlivost a kvantová účinnost tohoto snímače a čím jsou tyto vlastnosti snímače určeny?
Termoelektrické snímače teploty využívají termoelektrického jevu. Na čem tento jev fyzikálně závisí? Co to je termoelektrická řada materiálů. Které často používané termočlánky znáte?
Co je vlastním snímačem v polarografii a co je fyzikální podstatou polarografie? K čemu slouží při polarografii tzv. standardní elektrody?
Mikroelektronické snímače tvoří skupinu snímačů 2. generace. Vyjmenujte nejméně čtyři odlišné mikroelektronické polovodičové snímače a u každého proveďte jeho zařazení – podle působící neelektrické veličiny, podle funkce snímače (aktivní – pasivní), podle principu, na kterém je funkce snímače založena
Vysvětlete (pomocí obrázku nebo pomocí nějakých praktických příkladů) rozdíl mezi analogovým snímačem, digitálním snímačem a inteligentním snímačem.

201-Magnetoelasticke snimace-Využívají změn magnetických vlastností feromagnetika při jeho deformaci. Na obr.1 je závislost indukce B na síle F, působící na feromagnetické těleso, při různých intenzitách magnetického pole. Charakter křivek B = f(F) je závislý na materiálu, tepelném zpracování a teplotě magnetického obvodu snímače. Pokud neexistuje vnější síla F a ani mechanické napětí ( způsobené silou F, feromagnetické těleso se zmagnetuje ve vnějším magnetickém poli intenzitou H na indukci B. Při působením síly F se těleso zmagnetuje při stejné hodnotě H na magnetickou indukci BF a permeabilita μ=B/H se změní na μ+Δμ=BF/H. Magnetizační práce W na jednotku objemu při dané hodnotě H je tedy W=BH/2= μH2/2. Pro magnetoelastické snímače je výhodné použít materiály mající velkou hodnotu magnetostrikce a permeability a malou indukci při nasycení Bs. Pro snímače používá permaloyová slitina. Největší hodnotu relativní změny permeability má slitina s obsahem 65 % Ni. Snímače je možné vyrobit i z měkké oceli. Citlivost snímače je ale menší než citlivost snímačů s permaloyem.Používají především pro měření tlakových nebo tahových sil, dále pro měření krouticího momentu, deformací, popř. dalších veličin.
202-magnetoelastické snímače krouticího momentu: je možné dvojím způsobem. Podle obr. a lze měřit změnu permeability mezi body 1-2 nebo 3-4 pomocí příložného snímače indukčnostního s magnetickým obvodem tvaru U, nebo podle na obr. b, kdy celkovou změnu permeability hřídele měříme pomocí cívky nasunuté na hřídel. Měření krouticího momentu pomocí těchto metod je však výjimečné, protože je provázeno mnoha parazitními vlivy, které se velmi obtížně kompenzují.
203-magnetoelastické snímač tlakové síly:V magnetickém obvodu 1 je uloženo vynutí snímače 2. Kroužky 3 uzavírají obvod magnetického toku. Horní kryt 4 je nalisovaným kroužkem 5 spojen s magnetickým obvodem snímače. Kompenzační vynutí 6 vyrovnává vliv teploty na snímač. Snímače jsou vyráběny sériově od nejmenších rozsahů 0 až 10 MN tlakové síly. Největší zatížení magnetického obvodu se volí v rozsahu 60 až 80 MPa. Přetížení až 100 % ještě nepoškozuje snímač. Stykové plochy jednotlivých částí magnetického obvodu musí být zabroušeny, aby nedocházelo během měření ke změně magnetického odporu parazitních vzduchových mezer [3].
204-magnetoelast. snímače mechan napwti-tenzometry - Zajímavou aplikací magnetoelastických snímačů jsou tenzometry. Na obr. je příklad provedení tzv. lístkových snímačů. Jejich tloušťka je 0,1 až 0,3 mm. Šířka a délka 10 až 15 mm. Snímač je nalepen nebo přivařen na měřenou část. Je vhodný pro dynamický provoz od několika hertzů do 10 kHz. Je vhodný obzvláště do velmi obtížných podmínek tam, kde nemůžeme použít odporové tenzometry [3].,
205-magnetanizotropní jev-V tělese z plného feromag. materiálu jsou vytvořeny čtyři otvory tak, že jsou kolem středu symetrické. Otvory je protaženo primární a sekundární vinutí. Při dokonalé geometrické a magnet. symetrii se indukuje do sekundárního vinutí minimální napětí. Rozložení mag. toku budel podle obrázku za a). Působením na feromag. část silou v naznačeném směru změní se mag. vodivost feromagnetika ve směru působicí síly. Magnet. tok půjde cestou větší mag. vodivosti (dojde ke změně jeho směru), jeho rozložení se změní podle obrázku za b). Důsledkem toho je zvětšení vazby mezi primárním a sekund. vinutím a na výstupu dostanem napětí U2=k1*k2*f*B*S*N2*sin (. Z maganizotropního jevu byli odovzeny snímače tlakové a tahové síly, kroutícího momentu, mechan. napěti apod.
206-magnetanizotropní snimace tahove a tlakove silyPro malé síly se používají snímače v jednoduchém uspořádání. Snímače velkých tlakových sil jsou většinou realizovány jako mnohočlánkové. Na obr. je naznačeno uspořádání jednořadého a dvouřadého snímače. V tomto uspořádání se vyznačují větší citlivostí a linearitou.
207-magnetanizotropní snimace krouticiho momentuPrincip je na obr. Snímač je složen ze dvou magnetických obvodů tvaru U. Cívky primárního obvodu jsou připojeny ke zdroji střídavého proudu. Obě jádra jsou připojena svými konci blízko hřídele tak, že budicí magnetický obvod je rovnoběžný s osou hřídele. Budicí obvod vytvoří na povrchu hřídele téměř souměrné pole. Díky této souměrnosti nejde tok sekundárním obvodem, pokud je ovšem hřídel nezatížený. Naopak při torzním zatížení hřídele se magnetické pole deformuje a v důsledku toho vznikne v sekundárním magnetickém obvodu tok úměrný této deformaci. V sekundárním obvodu se indukuje napětí jehož velikost je úměrná mimo jiné i kroutivému momentu.
208-Wiedemannův jev (1884) Jev spočívá v tom, že feromag. tyč nebo trubka kruhového průřezu, upnuta na jedné straně, se kroutí kolem osy, je-li magnetována současně podélným a kruhovým mag. polem. Princip snímače : Na obrazku je princip. Tyč na jedné straně pevně uchycená je na druhém konci namáhána kroutícím momentem, který je způsoben silou F.Tyčí prochází budící proud. V cívce nasunuté na tyči se indukuje napětí, jehož hodnota je úměrná kroutícímu momentu. Jako snímací prvek se používá tenkostěnná trubka. Buzení trubky kruhovým mag. polem je možno provést těmito způsoby : 1)podélným vinutím procházejícím trubkou, 2)napájením trubky, 3)kombinovaným napájením.Při výrobě snímače jsou požadavky na přesnost výroby jednotlivých částí, především trubky. Wiedman snimac tlak a tah sily:Pomocí tahové nebo tlakové síly jsou vytvořeny silové dvojice, jejichž kroutícím momentem je namáhána měřící torzní trubka. Stranové tlaky rovnoběžné s osami měřících článků nevytvářejí kroutící moment a nemají vliv na přesnost měření. Stranové tlaky kolmé ke směru os měřících článků vytvářejí teoreticky kroutící momenty stejně velké, avšak opačného smyslu (vzhledem k zapojení cívek),wiedman snímač krout momentu Konstrukce snímače kroutícího momentu má být taková, aby nemohlo dojít při montáži snímače k namáhání torzní trubky. Kryt snímače má chránit magnetický obvod snímače před vnějším parazitním magnetickým polem a má přenést reakci upevnění torzní trubky. Kryt snímače má také chránit torzní trubku před případným magnetickým poškozením a před deformací torzní trubky při upevňování snímače na vnější plášť. Uvnitř pláště je pouzdro z nemagnetického materiálu, které zamezuje, aby se parazitní magnetický tok v plášti uzavřel přes torzní trubku. Tento princip je výhodný pro realizaci snímačů kroutícího momentu bez otáčení torzního článku. Při měření torze otáčející se měřené části (hřídele) vzniká problém přenosu budícího proudu do rotujícího vinutí. Vzhledem k tomu, že se jedná o přenos poměrně velkých proudů, je řešení velmi obtížné. Proto se pro tuto aplikaci uvedený princip málo používá.wiedman snimace deformace Snímače tohoto typu se vyznačují jednoduchostí a poměrně velkým výstupním napětím. Jsou vhodné především pro statická měření. U tohoto uspořádání snímače je torzní trubka namáhána ještě na ohyb a smyk wiedman snimace teploty: Zajímavé je využití magnetických snímačů pro měření teploty. Charakteristickou hodnotou každého feromagnetického materiálu je Curieova teplota. Její hodnota bývá určována inflexním bodem na křivce udávající závislost magnetické indukce B na teplotě q, tj. B = f(q) při určité a stálé hodnotě intenzity magnetického pole. Někdy bývá též udávána Curieova teplota jako průsečík tečny v inflexním bodě této křivky s teplotou (. Hodnota Curieovy teploty je závislá na složení, mechanickém a tepelném zpracování feromagnetika.
209-Termoele. snímače teploty obsahují široký rozsah teplot. Pro svou malou hmotnost a setrvačnost jsou vhodné pro měření rychlých změn teploty. Obr. Zavislost termoel. Napeti na teplote Princip : z teorie pohybu volných elektronů u kovů je známo, že na styku dvou kovů může vzniknout rozdíl potenciálů, jestliže výstupní práce obou kovů jsou různé.Termoele. napětí Ut = a +b (( + c((()2 kde a,b,c jsou empiricky stanovené konstanty pro určitý druh snímače a (( je rozdíl teplot styku dvou kovů. Uspořádání snímače na obrázku. Obvod se skládá ze dvou materiálů spojených spolu v místech 1 a 2. Jednička je měřící spoj, a dvojka spoj srovnávací. Pro správnou funkci snímače je nezbytné, aby teplota srovnávacího spoje obvodu byla konstantní nebo aby parazit. vliv termoele. napětí tohoto spoje byl kompenzován. Polarita termoele. napětí závisí jen na materiálu z něhož je obvod vyroben.Materiál se používá dle požadavku. Vybírá se z tabulky. Např. typ T je materiál Cu-CuNi. Pro nízké teploty používáme snímačů z neušlechtilých kovů, pro vysoké teploty pak termoelektric. články z kovů ušlechtilých a pro teploty nejvyšší požíváme nekovové materiály.Pro nízke teploty -250 až +500°C se používá článek Cu – Ko, pro vyšší teploty do 1500°C se používají články PtRh – Pt. Články pro vysoké teploty vyžadují zvláštní izolaci. Pro nekovové termoele. články je vhodný uhlík v podobě grafitu, karbidu, křemíku a bóru. Snímače teploty : materiál ve formě drátu různého průměru, folií apod. je vyráběn v normalisovaných rozměrech a v požadovaném chemic. složení. Měrný spoj snímač býva vytvořen spojením dvou drátů stejného průměru, mechanicky, svařením nebo pájením. Dokonalá čistota. Oba dráty musí být vzájemně elektricky isolovány. Isolační odpor má být nejméně 20 M(. Je-li článek vystaven mechanickému namáhání tlaku, proudění prostředí, zrychlení apod. chraní se isolace kovovým obalem. Další použití : 1)ponorné termoele. články pro měření teploty roztavených kovů. 2)Snímače pro měření teplot obráběc. nástorjů. 3)Pro měření teplot velmi rychle proudících plynů. 4)pro měření povrch. teploty tělesa. Termoele. článek je možno pouřít k relaizaci snímače rychlosti prostředí. Parazitní vlivy : A)Chyba vlasního snímače související s kvalitou materiálu článku. B)Vliv vztažné teploty - je možno omezit kompenzací teplotních změn srovnávacích spojů : 1)Kompenz. obvodem. 2)Dvojkovem přímo v měř. přístroji. 3)Teplotně závislým odporem paral. připoj. k termoele. článku. 4)Početní korekcí. C)Chyba způsobena změnou odporu termoele. článku a vedení s teplotou. D)Odvádění tepla vlastním termoele. článkem, popř. ochrannou trubičkou snímače.
210-Ionizacni a emisni snimace: rozsáhlá skupina snímačů, dochází u nich působením ionizačního činitele k ionizaci prostředí mezi dvěma nebo více elektrodami. Ionizačním činitelem mohou být různé druhy záření, změna parametrů ionizovaného prostředí nebo změna geometrických rozměrů snímače. IS polohy : plynová naplň je Ne, He. citlivost 100 – 103Mhz. IS jaderného záření : Je využíváno ionizač. účinku jaderného záření. Jde o ionizaci plynu letícími nabitými částicemi o určité pohybové energii, popř. kvanty elektromagnetického záření. Kladné ionty a elektrony mohou tedy vznikat ve snímačích jaderného záření buď pouze účinkem nabitých částic a fotonů jaderného záření, jako například ionizačních komorách nebo účinkem jaderného záření a elektrického pole, jako například G – M snímačích. V-A Charakterisitka : I –Oblast platnosti Ohmova zákona, II – Oblast nasycení proudu, III1 – oblast plné proporcionality, III2 – oblast částečné proporcionality, III3 – oblast G-M snímačů.
Závislost ionizačního proudu na napětí dvou rovin. elektrod snímače (VA char.) při působení jaderného záření (obr.1) je:R=f(U)=dU/dI.Pro napětí menší jak U6 se jedná o nesamost. výboj. Pro U>U6 jde o samost. výboj, který je nezávislý na vnějším zdroji záření.V I. a II. oboru vzniká ioniz. pouze vnějším zdrojem záření, kdežto ve III. oboru i nárazem iontů na atomy a molekuly v el. poli. IS statický : Jde podstatě o dvouelektrodový systém vytvářející kondenzátor, jehož polarizační napětí je podle předchozího rozboru voleno v oblasti II. Pracuje v oblasti nasyceného proudu, jehož hodnota prakticky nezávisí na napětí. Ioniz. proud snímače měříme přímo elektronickým měřidlem.Dochází k integraci ionizačních účinků jaderného záření. Podle tlaku plynové náplně je dělíme na: a)nízotlakové – p < 0,1Mpa – hlavně pro záření velmi slabé intenzity a b)vysokotlaké – p > 1Mpa – např. p