-
�elim znati ne�to o senzorim (temperaturni, induktivni, opti�ki), tj. njihov princip rada.
(Mile iz Pazina, milovan_fabris@yahoo.com)
- Najprije bih �elio istaknuti jednu bitnu �injenicu koja je karakteristi�na za sve senzore:
'odgovor' koji daje senzor mora biti srazmjerno lako i jednostavno mjerljiv, i dostupan
ra�unalu kako bi se mogao obraditi.
Na primjer, do prije 30-40 godina temperature od -300 do 2000-3000C su
se mjerile pomo�u �ivinih ili alkoholnih termometara (poput onog za mjerenje temperature
�ovje�jeg tijela ili za temperaturu zraka). Danas se za taj raspon temperatura redovito koriste
tzv. platinski termometri.
Naime, vrlo bi te�ko bilo konstruirati ure�aj koji bi automatski o�itavao vrijednost temperature
sa �ivinog termometra - puno je jednostavnije uzeti neki materijal (u ovom slu�aju platina)
kojem se, ovisno o temperaturi, mijenja otpor, te onda mjeriti taj otpor s elektroni�kim
om-metrom. Ako ga jo� pove�emo s ra�unalom, imamo mogu�nost potpuno automatiziranog mjerenja
temperature. (Autor ovog odgovora se aktivno bavi mjerenjem ovisnosti otpora o temperaturi
raznih materijala, �to - ovisno o materijalu - mo�e trajati i do nekoliko dana. Upravo gore opisani
sklop termometar - om-metar - ra�unalo, omogu�uje potpuno automatsko non-stop mjerenje,
prakti�ki bez mojeg sudjelovanja i/ili nadgledanja odvijanja eksperimenta).
Ovo nas vodi na jedan bitno svojstvo senzora: oni su zapravo 'preobli�iva�i'
(engl. transducers) signala, iz veli�ine koja nas zanima (temperatura, magnetsko
polje/indukcija, svjetlost ...) u neku veli�inu koja je pogodna za mjerenje (otpor, generirani napon
ili struja, ...). To naravno zna�i da za svaki senzor valja imati i ba�darnu
krivulju - tablicu ili sliku, na kojoj se mo�e o�itati npr. kojoj temperaturi odgovara
otpor od 100 oma platinskog termometra.
Temperaturni senzori. - Temperaturni senzori su 'preobli�iva�i' koji temperaturu
naj�e��e pretvaraju u otpor, dakle mjerenjem njihovog otpora, pomo�u ba�darne krivulje, saznajemo
kolika je temperatura.
Izbor temperaturnog senzora ovisi o podru�ju temperatura koji �elimo mjeriti, kao i o
'vanjskim' uvjetima kojima su oni izlo�eni (magnetsko polje, radijacija, ...).
Npr., od 50K pa do oko 800K, zbog svoje linearnosti
vrlo je pogodan platinski senzor. Za ni�e temperature, od 50K pa do oko 1.4K pogodni su
tzv. ugljeni senzori, a za jo� ni�e (do nekoliko desetaka mK) tzv. germanijski.
Isto tako, ako se na�a mjerenja vr�e u rasponu temperatura od 1.4K pa do oko 400K, onda �e nam
biti dovoljan tzv. rodij-�eljezo (legura) senzor.
Situacija se bitno mijenja ako se mjerenja vr�e u vanjskom magnetskom polju do oko 5T: na temperaturama
ni�im od 100K, platinski i rodij-�eljezi senzori nisu pogodni zbog utjecaja tog magnetskog polja na
njihov otpor. U tom slu�aju valja upotrijebiti ugljeni senzor, �ija je ovisnost otpora o polju srazmjerno
mala. Me�utim, za magnetska polja ve�a od 10T, vi�e niti ugljeni senzor nije dovoljno to�an, ve� treba
pre�i na tzv. kapacitivni senzor. Taj senzor 'preobli�ava' temperaturu u kapacitet i potpuno je
neosjetljiv na vanjsko magnetsko polje.
Osim otpornih i kapacitivnih senzora, postoji jo� jedna klasa senzora, tzv. termoparovi, koji
se zasnivaju na termoelektri�nom efektu. Oni temperaturu 'preobli�avaju' u elektromotornu silu, ili
kra�e u napon. Vrlo su malih dimenzija, i mogu mjeriti vrlo visoke temperature (i do 1500K),
ali istovremeno imaju i malu osjetljivost od samo nekoliko mV/K, �to
zahtjeva vrlo kvalitetne i skupe voltmetre.
I na kraju, kako mjeriti vrlo visoke temperature, kod kojih je ve�ina metala/legura u teku�em ili
plinovitom stanju? Pomo�u svjetlosti koju doti�ni materijal isijava: pri tako visokim temperaturama
mo�emo pretpostaviti da zagrijana masa ima svojstva crnog tijela, te iz raspodjele intenziteta
pojedine frekvencije izra�ene svjetlosti odrediti temperaturu, za �to nam treba
opti�ki senzor.
Vi�e o temperaturnim senzorima mo�e se
saznati ovdje.
Senzori za magnetsko polje. - Ovi senzori mahom 'preobli�uju' magnetsko polje u
napon, a baziraju se na tzv. Hallovom efektu: u vodi�u koji se nalazi u magnetskom polju
B, i kojim te�e struja I,
inducirat �e se napon (ili preciznije elektri�no polje) V koje
je proporcionalno magnetskom polju.
Ako pak �elimo mjeriti vremenski promjenljivo magnetsko polje srazmjerno velik frekvencije
(ve�e od oko 1Hz), onda je dovoljno promatrati napon (elektromotornu silu) koja se inducira
u petlji-senzoru koja se nalazi u tom magnetskom polju.
Vi�e o senzorima za magnetsko polje mo�e se
saznati ovdje.
Opti�ki senzori. - Od pojave poluvodi�a, ovi senzori su zapravo 'preobli�iva�i' intenziteta
svjetlosti u induciranu struju, napon ili otpor, a zasnivaju se na funkcioniranju pn spoja.
Naime, mo�e se napraviti takav pn �ije karakteristike ovise o intenzitetu i frekvenciji/boji svjetlosti kojom
ga obasjavamo.
Vi�e o opti�kim senzorima (i jo� nekim vrstama) mo�e se
saznati na stranicama e-�kole.
Odgovorio:
mr.sc.M.Basleti�, PMF
|