• �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