Исполнение в зависимости от степени защиты от

Воздействия твердых тел (пыли) и пресной воды

Виды исполнения регламентированы ГОСТ 14254-80.

Для обозначения степени защиты применяются буквы «IP» и следующие за ними две цифры. Первая цифра обозначает степень защиты прибора от попадания внутрь твердых посторонних тел, вторая цифра – степень защиты прибора от попадания воды. Определение степеней защиты приведены в табл. 10.5 и в табл. 10.6. Если степень защиты требуется указать только одной цифрой, то пропущенная цифра заменяется буквой «X».

Таблица 10.5

Степень защиты датчика от попадания внутрь посторонних твердых тел

Первая цифра

Определение степени защиты от воздействия твердых тел

Специальная защита отсутствует Защита от проникновения твердых тел размером более 50 мм Защита от проникновения твердых тел размером более 12 мм Защита от проникновения твердых тел размером более 2,5 мм Защита от проникновения твердых тел размером более 1,0 мм Проникновение внутрь прибора пыли не прекращено полностью, однако пыль не может проникнуть в количестве, достаточном для нарушения работы приборов Пыленепроницаемость. Проникновение пыли прекращено полностью

Таблица 10.6

Степень защиты датчика от попадания внутрь воды

Вторая цифра

Определение степени защиты от воздействия воды

Специальная защита отсутствует Защита от капель воды Защита от капель воды при наклоне до 15° Дождь, падающий под углом 60° от вертикали, не должен оказывать вредного действия на прибор Вода, разбрызгиваемая в любом направлении, не должна оказывать вредного действия на прибор Струя воды, выбрасываемая в любом направлении, не должна оказывать вредного действия на прибор Вода при волнении не должна оказывать вредного влияния на прибор Вода при погружении приборов не должна оказывать вредного влияния на прибор Изделия пригодны для длительного погружения в воду при условиях, установленных изготовителем

Исполнение в зависимости от устойчивости к воздействию синусоидальной вибрации

Виды исполнения регламентированы ГОСТ 12997–84. Параметры вибрации для различных групп исполнения приведены в табл. 10.7. Для групп LX, NX, VX, FX, GX значение амплитуды смещения для частоты выше частоты перехода следует выбирать из табл. 10.8. Под терминами «виброустойчивость», «удароустойчивость», «холодоустойчивость» понимается, что конкретный датчик сохраняет значения характеристик в соответствии с техническими условиями при раздельном воздействии соответствующего влияющего фактора.

Таблица 10.7

Группы исполнения датчиков в зависимости от устойчивости к воздействию синусоидальной вибрации

Группа исполнения	Частота, Гц	Амплитуда	Размещение
смещения для частоты ниже частоты перехода, мм	ускорения для частоты выше частоты перехода, м/с2
L1 L2 LX   (L3)*	5...35	0,35	–	Места, защищенные от существенных вибраций. Могут появляться вибрации только низкой частоты
0,75	–
–	–
(5...25)*	(0,1)*	-
N1 N2 NX   (N3)* (N4)*	10…55	0,15	–	Места, подверженные вибрации от работающих механизмов. Типовое размещение на промышленных объектах
0,35	–
–	–
(5…80)*	(0,075)*	(9,8)*
(0,15)*	(19,6)*
VI V2 V3 VX   (V4)* (V5)*	10...150	0,075	9,8	Места на промышленных объектах при условии, что существует вибрация с частотой, превышающей 55 Гц
0,15	19,6
0,35	49,0
–	–
(5...120)*	(0,15)*	(19,6)*
(0,20)*	(24,4)*
F1 F2 FF FX	10...500	0,075	9,8	Места, расположенные вблизи помещений, в которых установлены работающие авиационные двигатели
0,15	19,6
	49,0
–	–
G1 G2 GX   G3*	10...2000	0,35	49,0
0,75	98,0
–	–
	3,5*	490,0*
* По требованию потребителя

Таблица 10.8

Соответствие значений амплитуды смещения и амплитуды ускорения

для частоты выше частоты перехода

Амплитуда смещения, мм	0,015	0,035	0,075	0,15	0,20	0,35	0,75	1,0	1,5	2,0	3,5
Амплитуда ускорения, м/с2	1,96	4,9	9,8	19,6	29,4

Надежность датчиков

Вопросы определения степени надежности датчиков, особенно полупроводниковых, приобрели важное значение практически с самого начала их разработки и применения. Для микроэлектроники эти вопросы не являются новыми. Однако, при разработке новых технологий, таких, как датчики, не всегда ясно как определять надежность. Датчики имеют два «лица» – электронное и механическое. Поскольку они являются электромеханическими устройствами, эксплуатируемыми при воздействии различного рода дестабилизирующих факторов, необходимо быть уверенными, что на различные элементы датчика при испытаниях на надежность будут использоваться такие же воздействия, как и в реальных условиях эксплуатации. Дополнительные сложности при проведении испытаний на надежность создает большое количество сильно отличающихся корпусов датчиков, по сравнению со стандартными корпусами других полупроводниковых приборов, что требует разработки и изготовления специальных фиксаторов и измерительных установок. Однако, поскольку объемы применения датчиков продолжают расти, то вопросы определения надежности становятся практически самыми важными.

Изготовители ДПА проводят испытания своих полупроводниковых датчиков на надежность основываясь на статистике выявлении отказов под воздействием возможных факторов окружающей среды, что позволяет прогнозировать их характеристики надежности. Потенциально возможные режимы работы и механизмы отказов выявляются как проведением сертификационных тестов, так и посредством разрушающего контроля – заданием режимов и условий работы за пределами действия сертификационных тестов.

Для примера рассмотрим перечень типовых испытаний на надежность, используемых для обеспечения соответствия рабочих характеристик датчиков давления требованиям конечного пользователя в промышленной и автомобильной областях.

10.4.1. Термоциклирование включенного прибора под переменным давлением

Этот тест является тестом на воздействие температуры объединенным с циклической подачей давления, при котором электрически включенный прибор попеременно подвергается низкой и высокой температуре при изменяющемся давлении. Этот тест имитирует экстремальные ситуации в жизненном цикле датчика.

Типовые условия при тестировании:

- предельная температура окружающей среды минус 40°C и плюс 125°C с выдержкой по 8 часов при каждой температуре в течение 500 часов;

- воздействие давления с частотой 1 Гц от нулевого до полного в течение 180000 циклов,

- диапазон напряжений равен 100% номинального напряжения.

Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров.

Возможные отказы: дефекты проводников и приварки проводников, нарушение посадки кристалла, вспенивание изолирующего геля, нарушение целостности корпуса, нарушение стабильности параметров.

10.4.2. Воздействие высокой влажности, высокой температуры на включенный датчик

Комплексный тест на воздействие среды – тока, в котором электрически включенный прибор подвергается воздействию высокой температуры и влажности.

Типовые условия при тестировании:

- температура окружающей среды – плюс 85°C;

- относительная влажность – 85%;

- диапазон напряжений – 100% номинального напряжения;

- время тестирования 500 часов.

Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров.

Возможные отказы: дефекты приварки проводников, нарушение целостности корпуса, нарушение стабильности параметров.

10.4.3. Механический удар

Тест имитирует потенциально возможные экстремальные условия эксплуатации.

Типовые условия при тестировании – воздействие на датчик ускорения 3000 g по пять раз по каждой из шести осей ориентации.

Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров.

Возможные отказы: дефекты приварки проводников, нарушение целостности кремниевой диафрагмы, нарушение стабильности параметров.

10.4.4. Воздействие вибрации с переменной частотой

Тест имитирует потенциально возможные экстремальные условия эксплуатации.

Типовые условия при тестировании – воздействие на датчик вибрации с логарифмически изменяющейся от 100 Гц до 2 кГц частотой в течение 4 циклов по каждой оси по 4 минуты в каждом цикле.

Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров.

Возможные отказы: нарушение целостности кристалла, целостности корпуса, нарушение стабильности параметров.

10.4.5. Воздействие экстремальных температур в условиях хранения

Тест имитирует возможные экстремальные условия хранения.

Типовые условия при тестировании: выдержка при минус 40°C и плюс 125°C по 1000 часов при каждой температуре.

Возможные отказы: нарушение рабочих характеристик.

10.4.6. Термоциклирование

Тест на попеременное воздействие высокой и низкой температур.

Типовые условия при тестировании: выдержка при минус 40°C и плюс 125°C по 15 минут при каждой из указанных температур, длительность теста – 1000 циклов.

Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров.

Возможные отказы: нарушение целостности и посадки кристалла, дефекты приварки проводников, нарушение целостности корпуса, нарушение рабочих характеристик.

10.4.7. Термический удар

Тест аналогичен термоциклированию, но проводится в жидкостной среде, что обеспечивает быструю передачу тепла к местам присоединения кристалла, проводников и корпусу в целом.

Типовые условия при тестировании: выдержка при минус 40°C и плюс 125°C по 1 минуте при каждой из указанных температур, в течение 500 циклов.

Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров.

Возможные отказы: нарушение целостности и посадки кристалла, дефекты приварки проводников, нарушение целостности корпуса, нарушение рабочих характеристик.

10.4.8 Воздействие соляным туманом

Тест на воздействие атмосферы соляного тумана имитирующего атмосферу морского побережья.

Возможные отказы: коррозия датчика.

ЛИТЕРАТУРА

К главе 1

1. Датчики теплотехнических и механических параметров: Справочник. В 3 т. Т. 1 (кн. 1) / Под общ. ред. Ю.Н. Коптева; под ред. Е.Е. Богдатьева, А.В. Гориша, Я.В. Малкова. – М.: ИПРЖР, 1998.

2. Како Н., Ямаке Я. Датчики и микро-ЭВМ.– Л.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Осипович Л.А. Датчики физических величин. – М.: Машиностроение, 1979.– 158 с.

4. Датчики теплотехнических и механических величин. Справочник / А.Ю. Кузин, П.П. Мальцев и др.– М.: Энергоатомиздат ,1996.

5. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. – Л.: Энергия, 1968.

6. Патричный В.А., Сире А.Ш. Цифровые тенденции развития методов и средств измерений.– М.: Изд-во стандартов, 1994.

7. Храменков В.Н. Метрологические испытания – основа разработки специальных измерительных приборов // Успехи современной радиоэлектроники, 1996, № 8, с. 99–100.

8. Метрологическая база НПО измерительной техники / В.П. Сумский, О.В. Воронин, В.С. Дворников, В.Н. Старостин // Успехи современной радиоэлектроники, 1996, № 8, с. 127–129.

К главе 2

9. Белевцев А.Т. Потенциометры.– М.: Мшиностроение, 1969.

10. httр://www.micromech.ru/inductive.htm

11. Туричин А.В. Электрические измерения неэлектрических величин.– М.: Машиностроение, 1966.

12. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего.– М.: Машиностроение, 1979.

13. Эткин Л.Г. Вибрационные динамометры // Измерительная техника, 1961, № 12, с. 10–12.

14. Иванова Н.И., Доржиев Д.Д., Михайлов А.Г. Элементы систем управления. Конспект лекций. Ч.3.– М.: МЛТИ, 1976.

15. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике.– М.: Изд-во ИЛ, 1957.

16. Пульер Ю.М. Индукционные электромеханические элементы вычислительных и дистанционно - следящих систем.– М.: Машиностроение, 1964.

17. Изучение устройства, принципа действия термоэлектрических преобразователей. Website: http://www.asp.tstu.ru/tfs/new/1/index.htm

18. Термоэлектрические преобразователи. Website: http://www.polymer.tstu.ru/public/dattemp/index.html

19. Енохович А.С. Справочник по физике.– М.: Просвещение, 1990.–384 с.

20. Болванович Э.И. Полупроводниковые пленки и миниатюрные измерительные преобразователи.– Мн.: Наука и техника, 1981.

21. Киреев П.С. Физика полупроводников.– М.: Высшая школа, 1969.

22. Панич А.Е., Куприянов М.Ф. Физика и технология сегнетокерамики. – Ростов на Дону.: Изд-во РГУ, 1989.

23. Харкевич А.А. Избранные труды в 3 т. Т.1. Теория электроакустических преобразований. Волновые процессы. – М.: Наука, 1973.

24. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: измерительные преобразователи. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1983. – 320 с.

25. Гиттис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств.– М.–Л.: Госэнергоиздат, 1961.

26. Домрачеев В.Г., Мейко Б.С. Цифровые преобразователи угла.– М.: Изд-во стандартов, 1984.

27. Боднер В.А., Алферов А.В. Измерительные приборы.– М.: Изд-во стандартов, 1987.

28. Пельпор Д.С. Гироскопические системы ориентации и стабилизации.– М.: Машиностроение, 1982.

29. Пельпор Д.С. Динамические настраиваемые гироскопы.– М.: Машиностроение, 1988.

К главе 3

30. Шевцов Э.А. и др. Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи.– М.: Радио и связь, 1992.

31. Волоконная оптика в приборостроении / М.М. Бутусов, С.Л. Галкин, С.П. Оробинский, Б.П. Пал; под общ. ред. М.М. Бутусова – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987.

32. Алексененко М.Д и др. Микроэлектронные фотоприемные устройства.– М.: Энергоатомиздат, 1984.

33. Пароль Н.В. и др. Фоточувствительные приборы и их применение.– М.: Радио и связь, 1991.

34. Бейлина Р.А., Грозберг Ю.Г., Довгяло Д.А. Микроэлектронные датчики: Учеб. пособие для вузов.– Новополоцк: ПГУ, 2001.– 308 с.

35. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения.– М.: Энергоатомиздат, 1990.

36. Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. (Пер с япон.) – Л.: Энергоатомиздат, 1990.

37. Зак Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией.– М.: Энергоатомиздат, 1988.

38. Автоколебания в системе волоконный лазер – микрорезонатор / Ю.Н. Коптев, В.Д. Бурков, А.В. Гориш, Ф.А. Егоров // Электромагнитные волны и электронные системы, 1997, № 1, с. 31–38.

39. Возбуждение автоколебаний составных микрорезонаторов, включенных в цепь оптической обратной связи волоконного лазера / В.Д. Бурков, А.В. Гориш, Ю.Н. Коптев, Д.П. Трегуб // Электромагнитные волны и электронные системы, 1997, № 1, с. 39–42.

40. Шереметьев А.М. Волоконно-оптический гироскоп.– М.: Радио и связь, 1987.

41. Волоконно-оптический гироскоп с эрбиевым источником /усилителем излучения / Э.И. Алексеев, Е.Н. Базаров, В.П. Гапонцев и др. // Зарубежная радиоэлектроника, 1996, № 8, с. 112–115.

42. Ионов А.Д. Статистически нерегулярные оптические и электрические кабели связи.– Томск: Радио и связь, 1990.

43. Федоров Б.Ф. Оптический квантовый гироскоп.– М.: Машиностроение, 1973.

44. http://www.vimi.ru

45. http://www.sbras.ru/win/sbras/rep/2001/fmn/fmn1.html

К главе 4

46. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов.– М.: Машиностроение, 1981.– 391 с.

47. Довгяло Д.А., Борисенко В.Е. Датчики быстропеременных давлений с микроэлектронным преобразователем Холла // Радиотехника и электроника.– 1999. Вып. 24, с. 190–194.

48. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник.– 4-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1989.– 701 с.

49. Мембранные и сильфонные приборы. Website: httр://www.asp.tstu.ru/rus/еl_uch/metrolog/texts/NonElect/Pressure/G13/M_S_Pri.htm

50. Упругие элементы датчиков механических величин: Учеб. пособие для вузов / А.И. Тихонов, И.Н. Гонтарь, А.И. Воячек, Н.И. Волчихина; Под ред. Е.П. Осадчего.– Пенза: Пенз. политехн. ин-т., 1988.– 116 с.

51. Корсунов В.П. Упругие чувствительные элементы.–.Саратов: Саратовский ун-т, 1980.– С. 6–34.

52. Иванова Н.И., Смирнов В.А. Конспект лекций по курсу «Элементы систем управления».– М.: МЛТИ, ч.1, 1973.

53. Федяков Е.М., Колтаков В.К., Багдатьев Е.Е. Измерение переменных жавлений.– М.: Изд-во стандартов, 1982.

54. Ж. Аш и др. Датчики измерительных систем.– М.: Мир, Т. 2, 1992.

55. Шеренко А.П., Глухов А.Н., Пеанзин В.С. Определение динамических характеристик задемпфированных датчиков давления // Приборы и системы управления, 1971, № 3, с. 16–18.

К главе 5

56. Берин А.Г. Теплофизические свойства твердых тел при высоких температурах.– М.: Изд-во стандартов, 1969.

57. Гордов А.Н. Основы пирометрии.– М.: Металлургия, 1971.

58. Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур.– М.: Энергия, 1967.

59. Точность контактных методов измерения температуры / А.Н. Гордов, Я.В. Малков, Н.А. Ярышев, Н.Н. Эргард– М.: Изд-во стандартов, 1976.

60. Пинчевский А.Д. Оптимизация динамических характеристик термопреобразователей погружения.– М.: Изд-во стандартов, 1976.

61. Геращенко О.А. Основы теплометрии.– Киев: Навукова думка, 1971.

62. Лыков А.В. Теория теплопроводности.– М.: Высшая школа, 1967.

63. Вавилов В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля. Справочник.– М.: Машиностроение, 1991.

64. Тихонов 1А.П., Арсенин В.Я, Тимонов А.А. Математические задачи компьютерной томографии.– М.: Наука, 1987.

65. Кандыба В.В. // ПСУ, 1971, № 1, с. 20–23.

66. Бельский О.И., Саяпина В.И. // Оптические методы измерения температур в металлургии. Теория, системы, элементы.– М.: Наука, 1979, с. 105–109.

67. Бельский О.И. Объективные методы пирометрии излучения металлов.– М.: Наука, 1976, с.73–79.

68. Зуев Е.В. Распространение видимых и инфракрасных лучей в атмосфере.– М.: Сов. радио, 1970.

69. http://www.kryotherm.ru/r_advant.htm

70. http://www.sturman.ru/article/info/

К главе 6

71. http://dddsod.narod.ru/book/book42.files

72. http://td.ru

73. http://sakura.ua

74. http://www.mibif.ru/library/lessons/Kulikov

75. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: измерительные преобразователи.– Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. – 320 с.

76. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение (Пер. с нем.) – М.: Мир, 1989.

К главе 7

77. Варфоломеев С.Д. Биосенсоры // Соросовский образовательный журнал.– 1997. –№ 1. –С. 47–50.

78. Евдокимов Ю.М. Биосенсоры на основе одно- и двухцепочных нуклеиновых кислот // Сенсорные системы.–1998.–Т. 12. Вып. 1. С. 5 –21.

79. Иванова В.И. Как работают ферменты // Соросовский образовательный журнал.– 1996.– № 9. С. 17–21.

80. Чернова Н.Н. Ферменты в клетке и пробирке // Соросовский образовательный журнал.– 1996. –№ 5. –С. 33-36.

81. Березова Т.Т. Применение ферментов в медицине // Соросовский образовательный журнал. –1996.– № 3.– С. 18–24.

82. Биосенсоры: основы и приложения / Под ред. Э. Тернера.– М.: Мир, 1992.– 614 с.

83. http://www.kwertymed.narod.ru

84. Dark L.C., Lyons C. Enzyme electrodes // Ann. N.Y. Acad. Sci., 1962, V. 102. P. 295.

85. http://www.enzyme.chem.msu.ru/biosens

86. http://www.biosens.ibpm.serpukhov.su

87. http://www.chem.kcn.ru

88. Сенсорные системы. –1997.– № 4; 1998. № 1.

89. http://www.ictc.ru/R_42.htm

90. http://www.ibmh.msk.su/vivovoco/VV/JOURNAL/VRAN/BIOS.HTM

91. Березкин В.Г., Алишоев В.Р., Немировская И.Б. Газовая хроматография в химии полимеров.– М.: Наука, 1972.– 287 с.

92. Геращенко С.И. Джоульметрия и джоульметрические системы: теория и приложение.– Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000.

93. Жуховицкий А.А., Туркельтауб Н.М. Газовая хроматография.– М.: Гостоптехиздат, 1962, 240 с.

94. Кирхнер Ю. Тонкослойная хроматография. В 2 т.– М.: Мир, 1981, т. 1, 615 с., т. 2, 523 с.

95. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Муринов Ю.И. Вольтамперометрия с модифицированными ультрамикроэлектродами.– М.: Наука, 1994.– 239 с.

96. Сакодынский К.И., Киселев А.В., Иогансен А.В. и др. Физико–химическое применение газовой хроматографии.– М.: Химия, 1973.– 254 с.

97. Бриндли К. Измерительные преобразователи (Пер. с англ.)– М.: Энергоатомиздат, 1991.

98. Минкин Р.Б., Павлов Ю.Д. Электрокардиография и фонокардиография. Изд. 2-е, перераб. и дополн.– Л.: Медицина, 1988.– 256 с.

К главе 8

99. James Shin Young Architecture of smart // Distributed sensor systems, 1996, №1.

100. Герасимов А.И., Тюрин М.В. Особенности построения распределенных измерительных систем на основе отечественной и зарубежной датчико - преобразующей аппаратуры / Материалы МНТК «Датчик–1998», Гурзуф, 1998.

101. Герасимов А.И., Дробиков В.Н., Тюрин М.В. Микропроцессорные преобразователи датчиков физических величин / Материалы МНТК «Датчик-2000», Судак, 2000.

102. Отделение микромашинных продуктов в Кембридже: http://www.analog.com/iMEMS

103. Cтраничка фирмы Hewlett-Packard: http://www.hpie.com

104. Страничка фирмы Analog Devices, технология MicroConverterTM: http://www.analog.com/iMEMS/markets/industrial/ieee.html

105. Морозов Д.В., Мельников В.П. Архитектура интеллектуальных распределенных сенсорных систем // Материалы МНТК «Датчик-2000», Судак, 2000.

106. Analogic. Data сonversion сomponent сatalog.

107. Analog Devices. System applications guid.

108. Machine design proven american's most useful design engineering magazin. February, 1995.– p.156.

109. Microcomputer analog I/O systems. Catalog applications reference data translation.–1991.– p. 192.

110. Цветков Э.И. Процессорные измерительные средства.– Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.– 224 с.

111. Демченко А.И., Потапов А.С. Датчики для автотракторной техники // Тез. Докл. IX МНТК «Датчик-97» с участием зарубежных специалистов. Под ред. В.Н. Азарова.– М.: МГИЭМ, 1997, С. 224–225.

112. Национальная лаборатория Oak Ridge (отображена вся деятельность, связанная с семейством стандартов Р1451): http://www.ic.ornl.gov/pl451/pl451.html

113. http://www.elecdev.com

114. http://mems.mcnc.org

115. http://timacmp.imag.fr/CMP/CMP.html

116. http://www.msol.co.ip

117. http://www.nist.gov

118. http://129.6.36.211/Home/P1451/ieee.htm

119. Хитько В.И., Демченко А.И., Ковалев А.А., Мельников В.П. Перспективы разработки и производства изделий интеллектуальной микросенсорики в Республике Беларусь // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Материалы XIV Научно-технич. конф. с участием зарубежных специалистов.– М.: МГИЭМ, 2002.

120. http://gsp.lsk.kz/4/20.htm

121. http://www.altonika.ru/publications.php?raz=view&id=18

122. http://blackbug.spb.ru/catalogue/access/vg_61.shtml

123. http://www.industrialauto.ru/equipmnt/sensors/kay-ray

СОДЕРЖАНИЕ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В

УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ 2

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ 9

СТРУКТУРА УЧЕБНОГО КУРСА 11

Модуль 1 16

Модуль 2 19

Модуль 3 32

Модуль 4 40

Модуль 5 48

Модуль 6 54

Модуль 7 63

Модуль 8 67

Модуль 9 73

Модуль 10 76

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВОЙ АППАРАТУРЫ 80

1.1. Понятие «датчик». Классификация датчиков 80

1.2. Характеристики датчиков 89

1.2.1. Порог чувствительности 89

1.2.2. Предел преобразования 89

1.2.3. Метрологические характеристики 90

1.2.4. Надежность 91

1.2.5. Эксплуатационные характеристики 92

1.3. Метрологическое обеспечение датчиков 92

1.4. Принципы выбора датчиков 96

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В ДАТЧИКАХ 100

2.1. Реостатные преобразователи 100

2.2. Индуктивные и трансформаторные преобразователи 101

2.3. Струнные и стержневые преобразователи 110

2.4. Ультразвуковые преобразователи 116

2.5. Индукционные преобразователи 121

2.6. Термоэлектрические преобразователи 125

2.7. Пьезоэлектрические преобразователи 132

2.7.1.Уравнение пьезоэффекта 132

2.7.2. Уравнения ПЭП 136

2.7.3. Электрические схемы подключения ПЭП 138

2.7.4. Конструкции ПЭП 141

2.7.5. Повышение помехоустойчивости ПЭП 143

2.7.6. Оценка чувствительности ПЭП 144

2.7.7. Пьезоэлектрический преобразователь с

использованием обратного эффекта 145

2.8. Преобразователи с устройствами

пространственного кодирования 145

2.8.1. Контактные преобразователи «угол-код» 150

2.8.1.1. Барабанные контактные преобразователи 151

2.8.1.2. Дисковые преобразователи 152

2.8.2. Фотоэлектрические преобразователи 152

2.8.3 Электромагнитные преобразователи «угол-код» 154

2.9. Гироскопические приборы и устройства 156

Трехстепенные гироскопы 157

2.9.1.1. Общие сведения 157

2.9.1.2. Свободный гироскоп с одним датчиком угла 159

2.9.1.3. Блок свободных гироскопов 159

2.9.1.4. Гироскоп трехстепенной управляющий 160

2.9.1.5. Гироскоп поплавковый астатический 160

Вибрационный гироскоп 161

Двухстепенные гироскопы 163

2.9.2.1. Двухстепенной скоростной гироскоп 163

2.9.2.2. Скоростной гироскоп с электрической пружиной 164

2.9.2.3. Поплавковый гироскоп 165

ГЛАВА 3. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ 167

3.1. Взаимодействие оптического излучения с оптическими

средами 167

3.1.1. Основные требования к приемникам

волоконно-оптического излучения 167

3.1.2. Материалы волоконно-оптических элементов 169

3.1.3. Взаимодействие оптического излучения

с полупроводниками 173

3.1.3.1.Поглощение излучения полупроводниками 174

3.1.3.2. Собственное поглощение 175

3.1.3.3. Примесное поглощение излучения 175

3.2. Принципы преобразования в волоконно-оптических

датчиках физических величин 176

3.3. Амплитудные ВОД (ВОД с модуляцией интенсивности) 179

3.4. Волоконно-оптические датчики поляризационного типа 185

3.5. Волоконно-оптические датчики на основе

микромеханических резонаторов, возбуждаемых светом 187

3.6. Характеристики микрорезонаторных ВОД

физических величин 191

3.7. Оптическое мультиплексирование ВОД физических величин 195

3.8. Волоконно-оптические гироскопы 196

3.8.1. Принцип действия ВОГ 197

3.8.2. Принципиальная схема ВОГ 199

3.8.3. Чувствительность ВОГ 203

3.8.4. Волоконно-оптический гироскоп с эрбиевым источником 207

3.9. Оптические элементы, используемые в

волоконно-оптических датчиках 210

3.9.1. Входные окна 210

3.9.2. Световоды 210

3.9.3. Оптические фильтры 212

3.9.4. Иммерсионные линзы 214

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ 218

4.1. Задачи измерения давления 218

4.2. Принципы построения аналоговых и дискретных

датчиков давления 224

4.3. Воздействие влияющих факторов на датчики давления 226

4.4. Динамические погрешности при измерении

переменных давлений 228

4.5. Особенности эксплуатации и монтажа датчиков давления 235

ГЛАВА 5. ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ И

ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ 237

5.1. Физические основы температурных измерений 237

5.2. Погрешности температурных измерений

контактными датчиками 245

5.3. Основные задачи измерений тепловых потоков 257

5.4. Классификация датчиков теплового потока 260

5.5. Физические модели «тепловых» датчиков теплового потока 261

5.5.1. Тонкопленочные датчики 263

5.5.2. Калориметрические датчики 264

5.5.3. Градиентные датчики 267

5.5.3.1. Датчик с продольным градиентом 267

5.5.3.2. Датчики с поперечным градиентом температуры 269

5.6. Бесконтактные измерители температуры 272

5.7. Тепловые фотоприемники 274

5.8. Применение пироэлектриков 277

ГЛАВА 6. КОМПОНЕНТЫ И ДАТЧИКИ,

УПРАВЛЯЕМЫЕ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ 280

6.1. Магнитоупругие преобразователи 280

6.1.1. Принцип действия и конструкция

магнитоупругого преобразователя 280

6.1.2. Схемы включения магнитоупругих преобразователей 282

6.1.3. Погрешность магнитоупругих преобразователей 283

6.1.4. Магнитоупругий датчик измерения силы 284

6.2. Гальваномагниторекомбинационные преобразователи 285

6.3. Датчики Виганда 287

ГЛАВА 7. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

И ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ, ХИМИЧЕСКИХ,

МЕДИЦИНСКИХ ДАТЧИКОВ 289

7.1. Биосенсоры 289

7.1.1. Применение биосенсоров 294

7.1.2. Биосенсоры на основе бактерий, микроорганизмов

и биологических тканей 296

7.1.3. Проблемы и перспективы развития 297

7.2. Датчики газового состава 298

7.2.1. Электродные реакции 299

7.2.2. Электрохимические методы анализа 301

7.2.2.1. Кондуктометрия 301

7.2.2.2. Потенциометрия 302

7.2.2.3. Вольтамперометрия 302

7.2.2.4. Амперометрия 303

7.2.2.5. Кулонометрия 303

7.2.3. Электрохимические датчики 304

7.2.3.1. Электрические датчики 305

7.2.3.2. Оптические датчики 305

7.3. Химические измерения 308

7.3.1. Кислотность 309

7.3.2. Окислительно-восстановительный потенциал 311

7.3.3. Преобразователи для измерения концентрации

специфических ионов 311

7.3.4. Проводимость 311

7.3.5. Электрометрический газовый анализ 312

7.3.6. Резистивный газовый анализ 313

7.4. Медицинские датчики 314

ГЛАВА 8 «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ» ДАТЧИКИ 317

8.1. Особенности «интеллектуальных» датчиков

физических величин 317

8.2. Функциональные возможности и требования,

предъявляемые к «интеллектуальным» датчикам 319

8.3. Микропроцессорные модули для

интеллектуальной обработки информации 322

8.4. Измерительный канал «интеллектуальных» датчиков 324

8.5. Основные критерии выбора микроконтроллера 327

8.6. Универсальный интерфейс преобразователя 329

8.7 Стандартизация интерфейсов «интеллектуальных» датчиков

(семейство IEEE Р 1451) 333

8.8. Коррекция ошибок в «интеллектуальных» датчиках 337

8.9. Перспективы разработки и производства изделий

интеллектуальной микросенсорики в Республике Беларусь 340

8.10. Примеры реализации «интеллектуализации» датчиков 341

8.10.1. Датчик давления 341

8.10.2. Датчик объема 342

8.10.3. Датчик удара 343

8.10.4. Датчик плотности 344

8.10.4.1. Принцип действия 345

8.10.4.2. Особенности и преимущества 345

8.10.4.3. Точность 346

8.10.4.4. Надежность 346

8.10.4.5. Характеристика передачи информации 346

ГЛАВА 9. СОПРЯЖЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

С ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРОЙ 347

9.1. Схемы соединений измерительных преобразователей 347

9.2. Температурная компенсация тензометров 349

9.3. Температурная компенсация с помощью мостовых схем 350

9.4. Установка тензометров 351

9.5. Шумы 352

9.6. Защитные кольца 356

9.7. Случайные шумы 357

9.8. Коэффициент шума 358

ГЛАВА 10 ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛНЕНИЯ И

ИСПЫТАНИЙ ДАТЧИКОВ 362

10.1. Исполнение в зависимости от воздействия

климатических факторов внешней среды 362

10.2. Исполнение в зависимости от степени защиты

от воздействия твердых тел (пыли) и пресной воды 366

10.3. Исполнение в зависимости от устойчивости

к воздействию синусоидальной вибрации 367

10.4. Надежность датчиков 369

10.4.1. Термоциклирование включенного прибора

под переменным давлением 369

10.4.2. Воздействие высокой влажности,

высокой температуры на включенный датчик 370

10.4.3. Механический удар 370

10.4.4. Воздействие вибрации с переменной частотой 371

10.4.5. Воздействие экстремальных температур

в условиях хранения 371

10.4.6. Термоциклирование 371

10.4.7. Термический удар 372

10.4.8 Воздействие соляным туманом 372

ЛИТЕРАТУРА 373

Учебное издание

Составил

Довгяло Дмитрий Александрович

УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине

«ТИПОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ И ДАТЧИКИ
КОНТРОЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ»

для студентов специальности 39 02 02

«Компьютерное моделирование и проектирование
радиоэлектронных средств»

Редактор Г.А. Тарасова

Технический редактор В.А. Рымарев

Подписано в печать . ... ... Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Гарнитура Кудряшовская. Усл. печ. л. Уч.-изд. л. Тираж Заказ №

Полоцкий государственный университет ЛВ 317 от 22 июля 1998 г.

211440, г. Новополоцк, ул. Блохина, 29