т. е. от интенсивности излучения, попадающего в камеру.

Интенсивность излучения радиоактивного вещества не зависит от температуры, давления и других внешних факторов окружающей среды. Само излучение не вызывает изменений в исследуемом материале и способно проникать на большую глубину. Эти особенности радиационных датчиков

Рис. 19-!9. Радиационный датчик с ионизационной камерой.

/ - ионизационная камера: 2 - электрод; S - исследуемый материал; 4 - радиоактивный источник излучения; - нагрузочное сопротивление.

позволяют использовать их в условиях высоких температур и давлений.

Радиационные датчики широко используются для автоматических систем измерения и контроля геометрических размеров и плотности тел, перемещений, температуры газовых сред и других измерений.

где е -величина электрического заряда; V - скорость движения заряда; Н - напряженность магнитного прля; ф-угол между направлением движения заряда и направлением магнитного поля. Под действием силы F электрические заряды получают дополнительное вращательное движение, за счет чего траектория их

19-10. ДАТЧИКИ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭФФЕКТЕ ХОЛЛА

Сущность эффекта (явления) Холла сводится к следующему. Если сравнительно тонкую металлическую или полупроводниковую пластинку (рис. 19-20, а) поместить в магнитное поле, так чтобы магнитные силовые линии были направлены параллельно оси Z, и пропустить по ней ток в направлении оси X, то между гранями пластинки, перпендикулярными оси V, образуется э. д. с. Холла. Величина этой э. д. с. определяется следующим соотношением:

где Д -постоянная (коэффициент) Холла; / ток, протекающий через пластинку

в направлении оси X; Н - напряженность магнитного поля; d -толщина пластинки (в направлении оси Z).

Образование э. д. с. Холла объясняется следующим. Известно, что на электрический заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила F

F ~ evH sin ф.

Рис. 19-20. Датчик, основанный на эффекте Холла.

а - скема действия; б - преобразователь.

движения становится криволинейной. Отдельные заряды попадают при этом на грани пластинки, перпендикулярные оси У, заряжая одну из них положительно, а другую отрицательно. В результате между этими гранями образуется э. д. с. Холла. Величина постоянной Холла определяется из следующего выражения:

д = л-.

где - концентрация свободных электронов (носителей зарядов) в единице объема;

А- коэффициент, зависящий от интенсивности рассеяния носителей зарядов в кристаллической решетке тела испытываемой пластинки (для металлов Л = 1,0; для полупроводников с ионной решеткой Л ==1,11; для полупроводников с атомной решеткой Л = 1,18; для полупроводников с примесями значение А доходит до 1,93),

Для каждого образца полупроводника постоянная Холла определяется экспериментально по величине э. д. с. Холла.

Так как концентрация носителей к заря-,Чов Б полупроводнике сушественно зависит от температуры, то и значение постоянной Холла также изменяется с изменением температуры. Поэтому часто постоянную Холла называют коэффициентом Холла.

На явлении Холла основаны датчики, с помощью которых измеряются такие важные параметры полупроводников, как концентрация носителей зарядов (тока) и их подвижность. Для этого на пластинку надевают держатель с четырьмя пружинящими электродами. Два из этих электродов являются токовыми. Посредством их пропускается ток вдоль пластинки. Два других электрода - холловские. Они прижимаются к исследуемой пластинке посредине с одной н другой стороны менее щироких ее поверхностей. Держатель вместе с исследуемой пластинкой (образцом) вносится Б однородное магнитное поле (пространство между полюсными наконечниками включенного электромагнита), н через образец пропускается ток. Напряжение, снимаемое с хол-лоБСКих электродов, £х измеряется компенсационным методом.

Постоянная Холла определяется расчетом из следующего соотнощения:

ш

По известной R определяется концентрация носителей тока в исследуемом образце из выражения

Если известна электропроводность образца сг, то можно рассчитать подвижность носителей зарядов и

Явление Холла используется в преобразователях сигналов постоянного тока в сигналы переменного тока (рис. 19-20,6). Такие преобразователи имеют высокое входное сопротивление. Входной сигнал Ux создает ток / в полупроводниковой (германиевой) пластинке 1, помещаемой в переменное магнитное поле, создаваемое катущкой 2. С соответствующих граней пластинки снимается синусоидальная э. д. с. Холла.

19-11. КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ

Комбинированный датчик представляет собой устройство, в котором измеряемая неэлектрическая величина превращается в электрическую путем многократного преобразования. Такие датчики используются в тех случаях, когда измеряемая неэлектрическая величина из-за своих особенностей

не может быть превращена в электрическую однократным преобразованием.

В подавляющем больщинстве случаев в электрических измерителях неэлектрических величин используются комбинированные датчики только с двойным преобразованием.

Датчик, осуществляющий первое преобразование, часто называют чувствительным или воспринимающим элементом комбинированного датчика. Как правило, воспринимающий элемент осуществляет предварительное преобразование измеряемой величины в другой вид величины с тем, чтобы последнюю можно было проще и удобнее преобразовать с помощью известных (лучще простейщих) датчиков в электрическую величину. Так, например, не существует простейших датчиков, с помощью которых линейное ускорение, давление в газовой среде, сравнительно малые угловые скорости и другие величины могут преобразовываться . непосредственно в электрические сигналы.-Для этого необходимо предварительно ускорение и давление в газовой среде преобразовать, например, в линейное перемещение, а угловую скорость - в угловое перемещение. Для преобразования линейного и углового перемещения в электрические сигналы используются многие из рассмотренных датчикоБ,-

Комбииированный пружинный датчик

Воспринимающим элементом датчиков этого типа служат различные пружины. Они преобразуют измеряемое входное усилие в лииейное или угловое (при спиральной пружине) перемещение, которое затем

Пружина

Рис. 19-21. Комбинированные датчики давления.

а - электрифицированный динамометр- б - датчик давления с трубкой Бурдона; в - датчик давления с сильфоном.

С ПОМОЩЬЮ потенциометрического или иного датчика превращается в электрический сигнал.

На рис. 19-21, а представлена простейшая схема динамометра. Воспринимающим

элементом его служит цилиндрическая пружина, работающая на сжатие. Второе преобразование производится потенциометри-ческим датчиком. Перемещение конца пружины X под действием усилия Р определяется соотношением

хР, П

где f] - жесткость пружины.

Чувствительность пружины как воспринимающего элемента комбинированного датчика:

Ах 1

Чувствительность пружинного комбинированного датчика составит

К = /Спр K .f = , (19-28)

где /Сп.д.- чувствительность потенциометрического датчика; а-максимальное перемещение.

Погрешности датчика определяются изменениями жесткости пружины и напряжения источника питания потенциометра. Датчики этого вида удобны при измерении веса различных тел.

Комбинированные датчики давления

Для измерения давления газов и жидкостей применяются комбинированные датчики с двойным преобразованием. Воспринимающими элементами таких датчиков служат упругие элементы в виде трубок Бур-дона (рис. 19-21, б) или же в виде гофрированных коробок - сильфонов (рис. 19-21, е). С помощью указанных элементов измеряемое давление преобразуется в перемещение. Вторичное преобразование осуществляется обычно потенциометрическим датчиком.

Трубка Бурдона представляет собой тонкую полую трубку эллиптического, овального или какого-нибудь другого вытянутого сечения, изогнутую по окружности и запаянную на одном конце. Запаянный конец трубки связывается с подвижным контактом потенциометра.

С увеличением давления внутри трубки она стремится выпрямиться, при этом ее запаянный конец вместе с подвижным контактом потенциометра перемещается. Величина этого перемещения может быть найдена из выражения

X = lippP,

где 1тр - коэффициент, характеризующий упругость трубки Бурдона; его величина определяется материалом, размерами и конфигурацией (формой сечения) трубки; р - средний радиус трубки; Р - воздействующее давление (газа или жидкости).

Чувствительность трубки Бурдона определяется из соотношения

тр=-=grpP-

Чувствительность комбинированного датчика, состоящего из трубки Бурдона и потенциометрического датчика.

К = Дтр Kn.fi, = тр Р

(19-29)

макс

Гофрированная коробка, или сильфон, представляет собой тонкостенный металлический сосуд цилиндрической формы со складчатой (волнообразной) поверхностью. Гофрированная коробка, изготовленная из упругого материала, способна под действием сравнительно небольшого осевого усилия или же разности давлений между внутренней областью (для этого случая изолированной от внешней среды) и окружающей средой давать заметное упругое удлинение или сжатие в зависимости от направления результирующего усилия.

Величина удлинения (сжатия) сильфона х пропорциональна действующему усилию Р

Х = 1сР,

где £с - коэффициент, - характеризующий упругость сильфона; его величина зависит от материала, из которого изготовлен сильфон, и конструкции. Чувствительность сильфона численно равна коэффициенту его упругости (gc)-Датчики с трубкой Бурдона используются, как правило, для измерения сравнительно высоких давлений, а сильфонные датчики-для более точных измерений небольших давлений.

Биметаллический датчик

Воспринимающим элементом в этом датчике служит биметаллическая пружина, спаянная из двух плоских пластинок. Одна из этих пластинок изготавливается из металла с большим температурным коэффициентом линейного расширения и называется термоактивной пластинкой. Обычно для изготовления термоактивных пластинок используется немагнитная сталь (25% Ni и 75% Fe) с температурным коэффициентом линейного расширения, равным 18- 10-б1/°С. Другая пластинка делается из материала со значительно более низким температурным коэффициентом линейного расширения, например из инвара (2-10-6IfC). Вторая пластинка называется термоинертной.

При изменении температуры окружающей среды биметаллическая пружина начинает изгибаться под действием разности напряжений, развивающихся в двух спаянных пластинках. Если один конец пружины закрепить, а ее свободный конец связать с подвижным . контактом .. потенциометра (рис. 19-22, о) или же с другим датчиком.