Твердотельные датчики температуры и давления являются важными компонентами во многих областях, включая промышленность, медицину и автомобилестроение. Их работа основана на использовании полупроводниковых материалов и различных физических принципов.

Принципы работы твердотельных датчиков

Температурные датчики:

Терморезисторы (RTD): Изменение сопротивления материала зависит от температуры. Чаще всего используются метalloоксидные материалы, такие как платина, которые имеют линейную зависимость сопротивления от температуры.Полупроводниковые термометры (NTC и PTC): В этих датчиках используются термисторы, которые меняют свое сопротивление в зависимости от температуры. NTC (отрицательный температурный коэффициент) приводит к снижению сопротивления с повышением температуры, а PTC (позитивный температурный коэффициент) — к росту.Пьезорезистивные датчики: Используют изменение сопротивления полупроводникового материала под воздействием температуры.

Датчики давления:

Пьезорезистивные датчики: Сенсоры, основанные на изменении электрического сопротивления под давлением. Обычно используют кремний или другие полупроводниковые материалы, на которые наносится тонкая мембрана, деформация которой изменяет сопротивление.Сенсоры ёмкости: Измеряют изменение ёмкости конденсатора, в котором одна из пластин подвижна и сдвигается при приложении давления.Оптические датчики: Используют изменения в световых свойствах материалов под воздействием давления.МатериалыПолупроводники: Кремний, германий и их соединения. Эти материалы становятся все более популярными благодаря своей высокой чувствительности и стабильности.Металлы: Платина в терморезисторах RTD, которая обеспечивает надежную и точную работу при различных температурах.Керамические материалы: Для создания устойчивых к воздействию окружающей среды датчиков, таких как датчики давления.Обеспечение точности

Калибровка: Датчики проходят процесс калибровки для обеспечения точности в определённом диапазоне температур и давлений. Это делает возможным коррекцию систематических погрешностей.

Компенсация температурных эффектов: В современных датчиках применяются схемы компенсации для нейтрализации влияния температуры на измерения давления и наоборот.

Изоляция от внешних условий: Датчики могут быть защищены от влаги, пыли и других агрессивных сред с использованием герметичных корпусов.

Адаптация к условиям эксплуатации: Для разных условий существуют специальные датчики, способные работать при высоких давлениях, температурах или в коррозионных средах.

Цифровые алгоритмы обработки данных: Современные микроконтроллеры способны обрабатывать сигналы с высоким уровнем устойчивости к шумам и другими помехами.

Таким образом, твердотельные датчики температуры и давления используют разнообразные полупроводниковые и металлические материалы, а также высокоточные принципы измерений. Обеспечение точности достигается через калибровку, компенсацию, защиту и использование современных цифровых технологий.