Общие сведения из теории резистивных преобразователей.

Весьма большим классом измерительных преобразователей являются резистивные преобразователи, принцип действия которых основан на преобразовании значения измеряемой величины в изменение сопротивления. Последнее может быть вызвано различными эффектами в преобразующем элементе, например нагреванием или охлаждением, механическим напряжением, воздействием светового потока (как в фотопроводящих преобразователях), увлажнением, осушением, механическим перемещением контактной щетки реостата.

Если через резистивный материал во время изменения измеряемой величины протекает фиксированный ток, то результатом будет изменение напряжения вдоль материала, которое отражает изменение измеряемой величины.

Потенциометрический преобразователь

Одним из вариантов резистивного преобразователя является потенциометрический преобразователь, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение отношения напряжений вследствие изменения положения контактной щетки на резистивном материале, запитываемом от внешнего источника. В преобразователях могут использоваться потенциометрические устройства (с одним или несколькими сопротивлениями в схеме) либо они сами являются потенциометром. В последнем случае потенциометрический элемент будет переменным. Некоторые преобразователи имеют непроволочные сопротивления, такие, как металлокерамическая подложка или проводящая пластиковая пленка. Встречаются потенциометры, в которых полный диапазон изменений положения щетки равен 270°, в то Время как другие конструкции имеют диапазон в 10 или даже 20 полных оборотов (3600 или 7200°).

Тензорезиторы

Тензорези?стор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр.

Терморезисторы

Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно зависит от температуры. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния. Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) ТКС. Их ещё называют NTC-термисторы и PTC-термисторы соответственно. У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов - наоборот: при увеличении температуры, сопротивление падает.

Полупроводники

Полупроводники - наиболее распространенная в природе группа веществ. К ним относят химические элементы: бор (В), углерод (С), кремний (Si), фосфор (Р), сера (S), германий (Ge), мышьяк (As), селен (Se), олово (Sn), сурьма (Sb), теллур (Те), йод (I); химические соединения типа АI ВVII, АIII ВV, АIV ВIV, AI BVI, AII BVI (GaAs, GeSi, CuO, PbS, InSb и другие); большинство природных химических соединений - минералов, число которых составляет около двух тысяч; многие органические вещества.Проводимость полупроводников занимает промежуточное значение между типичными диэлектриками и металлами:

• диэлектрики — o ~ 10-16 Ом-1 • м-1 ;
• полупроводники — o ~ (10- 4 -105) Ом-1 • м-1 ;
• металлы — o ~ (106 -108) Ом-1 • м-1 .

При низких температурах электропроводность достигает насыщения и от температуры не меняется, ее значение определяется примесями и дефектами решетки. Во всей области температур удельное электрическое сопротивление, для многих металлов и сплавов подчиняется правилу Матиссена.



Важным отличием полупроводников от металлов является характер температурной зависимости удельного сопротивления : если для типичных металлов удельное сопротивление с ростом температуры увеличивается по линейному закону (1), то у беспримесных полупроводников удельное сопротивление с ростом температуры экспоненциально уменьшается(2).

Эффект Хола

Эффект Холла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

Следует иметь в виду, что с помощью эффекта Холла можно определять концентрацию носителей тока лишь в полупроводниках, обладающих каким-нибудь одним механизмом проводимости - дырочным или электронным. Если полупроводник имеет смешанную или собственную проводимость, то проходящий в полупроводниковой пластинке ток обусловлен движением дырок в одном направлении и электронов в противоположном. При заданном направлении тока и магнитного поля отклонения дырок и электронов совпадают: и те, и другие отклоняются или к нижней грани пластинки, или к верхней.