Сделай Сам Свою Работу на 5

Пример гравиметрического датчика на основе микровесов





Тепловые расходомеры

Для измерения расхода жидкости или газа, протекающих по трубе, необходимо знать среднюю скорость потока и его сечение.

Традиционные методы измерения расхода, основанные на использовании подвижных элементов (поршни, турбины и т.д.) неэффективны при малых расходах и плохо поддаются миниатюризации.

Если в некоторой точке потока установить нагревательный элемент, то распределение температуры в его окрестностях будет зависеть от скорости потока V

Перепад температуры ΔТ между двумя точками, расположенными слева и справа относительно нагревателя несет информацию о скорости потока

 

32. Мембранныедатчики давления

Датчик давления с кремниевой диафрагмой состоит из :

- самой диафрагмы

- встроенных в нее диффузионным методом пьезорезистивных преобразователей в виде резисторов

Базовая структура пьезорезистивного датчика давления состоит из четырех чувствительных элементов в конфигурации моста Уитстона которые измеряют давление с помощью тонкой кристаллической кремниевой мембраны.
Напряжение является прямым следствием отклонения мембраны в ответ на приложенный перепад давлений на передней и обратной сторонах датчика. Напряжение, в первом приближении, линейно пропорционального приложенному перепаду давления.
Отклонение мембраны, как правило, менее 1 мкм.
Выходной сигнал при максимальном приложенном давлении составляет несколько милливольт на вольт моста возбуждения (напряжение питания моста). Выходной сигнал, нормализованный к входному и отнесенный к приложенному давлению называется чувствительностью [(мВ / В) / Па] и непосредственно зависит от коэффициента пьезорезистивности



 

Расположение пьезорезисторов на кремниевой диафрагме

 

 

 

Когда к полупроводниковому резистору номинала R прикладывается механическое напряжение, вследствие пьезорезистивного эффекта его сопротивление меняется на величину ΔR:

 

где π1, π2 — пьзорезистивные коэффициенты в продольном и поперечном направлениях,

σ1, σ2 — напряжения в продольном и поперечном направлениях.

 

В обычно применяемой конструкции на (100) подложке размещается четыре диффузных пьезорезистора р-типа в точках наиболее высокого напряжения, которые находятся в центре краев диафрагмы.



У двух резисторов основная ось параллельна краю мембраны, что ведет к уменьшению сопротивления с прогибом мембраны. У двух других резисторов ось перпендикулярна к краю, что приводит к увеличению сопротивления с давлением груза.

 

 

33. Оптические химические датчики

Основаны на взаимодействии электромагнитных волн с исследуемым образцом, в результате которого меняются некоторые свойства излучений, такие как интенсивность, поляризация, скорость света в среде и т.д.

Модуляция длины волны излучения происходит из-за присутствия в образце определенных химических веществ.

Упрощенная схема оптического детектора СО2

Рабочая камера заполняется реагентом, контрольная камера остается пустой. Измерительная часть детектора отслеживает изменения оптической плотности рН-индикатора, внесенного в раствор реагента.

Закон Бера-Ламберта:

где I— интенсивность отраженного излучения, I0 — интенсивность источника излучений, a — молярная поглощающая способность, l — длина волны, С —концентрация, d — оптическая длина пути.

 

 

34. Емкостные датчики влажности

Являются недорогими и простыми в обращении.

Они состоят из специальной пленки чувствительной к влаге с напыленным с двух сторон слоем золота.

В качестве такой пленки может использоваться термореактивный полимер, обеспечивающий широкий диапазон рабочих температур и высокую химическую стойкость к таким агрессивным жидкостям и их парам, как изопропил, бензин, толуол и аммиак.



Таким образом, пленка служит диэлектриком плоского конденсатора. С помощью соответствующей электрической схемы это изменение емкости можно преобразовать в измеряемое напряжение.

Зависимость емкости сенсора от влажности воздуха (Frel) является нелинейная, непосредственную индикацию можно осуществить только при соответствующим образом откалиброванной шкале или с помощью дополнительной схемы линеаризации.

Общая емкость сенсора равна CS = С0 ΔС ,

где C0 – емкость при нулевой влажности,
ΔС – изменение емкости из-за наличия влаги.
Емкость датчика CS слабо зависит от измерительной частоты.

Поэтому незначительное изменение измерительной частоты не оказывает влияния на показания датчика.

Важной характеристикой, определяющей применимость датчика, является его время срабатывания (или постоянная времени).
При резком изменении влажности датчику требуется около 2 мин для достижения 90% окончательного показания, соответствующего вновь установившейся влажности.

 

 

35. Гравиметрические детекторы. Микровесы Датчики обоняния.

Химические датчики, в которых очень маленькие изменения массы, происходящие из-за адсорбции молекул, приводят к изменению механических свойств системы, называются гравиметрическими детекторами или микровесами.

Такие датчики относятся к физическим устройствам, поскольку в них нет протекания никаких химических реакции.

Принцип действия таких детекторов заключается в изменении резонансной частоты пьезоэлектрических кристаллов при осаждении на их поверхностях дополнительных масс.

f0 — собственная частота ненагруженного детектора,

Df сдвиг частоты под нагрузкой (Df =fнаг — f0),

Dm — добавленная масса на единицу площади,

Sm — чувствительность детектора.

Пример гравиметрического датчика на основе микровесов

(Детектор обоняния)

Датчик состоит из кварцевого кристалла, на поверхность которого нанесена чувствительная мембрана

Принцип действия заключается в измерении сдвига частоты кристалла, вызванного проникновением через мембрану молекул определенных пахучих веществ

 

Датчики обоняния

Интеллектуальные измерительные системы - использование большого количества детекторов разного типа и обработка полученных данных методами, аналогичными тем, которые применяются мозгом живых существ при идентификации тех или иных свойств

 

Принцип работы датчиков обоняния ( называемых электронными носами) состоящих из множества современных детекторов, основан на

«интеллектуальных» стратегиях распознавания образов и методах хемометрии

Хемометрия - комплекс методов обработки данных, основанных на математическом и статистическом моделировании химических систем

 

Основными характеристиками датчиков обоняния являются:

- количество различаемых компонентов при номинальном нижнем уровне концентраций

- чувствительность к определенным веществам

 

36. Виды биоселектирующего материала в биосенсорах. Строение биосенсора.

Биосенсоры - это аналитические устройства, использующие биологические материалы для "узнавания" определенных молекул и выдающие информацию об их присутствии и количестве в виде электрического сигнала

В качестве биоселектируюшего материала используют все типы биологических структур:
- ферменты,
- антитела,
- рецепторы,
- нуклеиновые кислоты
и даже живые клетки

Любой биосенсор состоит из двух принципиальных функциональных элементов:
1) биоселектируюшей мембраны, использующей различные биологические структуры
2) физического преобразователя сигнала (трансдьюсера), трансформирующего концентрационный сигнал в электрический.
Для считывания и записи информации используют электронные системы усиления и регистрации сигнала.

 

 

37. Металл-оксидные химические датчики. Адсорбционные преобразователи. Материалы чувствительных элементов для обнаружения различных газов

Металл-оксидные газовые датчики основаны на свойстве некоторых оксидов металлов в присутствии определенных газов (таких, как CH3SH и С2Н5ОН) менять свои электрические характеристики.

При нагреве в воздухе кристаллов оксида металла, например, SnO2, до заданной высокой температуры поверхность кристалла начинает адсорбировать атомы кислорода, в результате чего она становится заряженной, что уменьшает ток электронов.

При воздействии на поверхность детектора определенных газов происходит снижение ее потенциала, что значительно повышает проводимость кристалла

Соотношение между электрическим сопротивлением пленки и измеряемой концентрацией газов

где Rs — электрическое сопротивление детектора, А — константа, определенная для данного химического состава, С - концентрация исследуемых газов, а α — наклон характеристической кривой сопротивления, построенной для данного оксида металла и конкретного газа

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.