Senzori si traductoare 1 Notiuni introductive

1.3. Principii fizice pe care se bazează funcţionarea senzorilor
Dezvoltarea rapidă a senzorilor produsă în ultimele decenii se datorează îndeosebi apariţiei unor noi materiale şi descoperirii de noi efecte ce derivă din proprietăţile acestor materiale, ceea ce a favorizat un important progres în domeniul fizicii, în general, şi în domeniul electronicii, în particular.
Imediat ce a fost descoperit un nou efect fizic, s-a studiat posibilitatea folosirii acestuia la realizarea unui senzor cu aplicativitate în procesul de măsurare. Aproape toate efectele fizice cunoscute în prezent sunt efectiv utilizate pentru realizarea senzorilor. În continuare, sunt prezentate pe scurt aceste efecte fizice, pentru evidenţierea domeniilor de aplicare.
Descrierea detaliată a acestora este realizată la tratarea fiecărui tip de senzor (de exemplu, efectul termoelectric) Efectul termoelectric Se obţine într-un circuit format din două conductoare de natură chimică diferită, realizând, la temperaturile Tj şi T2, joncţiuni care generează o tensiune termoelectrică ET.
Aplicaţii: măsurarea unei temperaturi necunoscute Tp dacă T2 (0°C de exemplu) este cunoscută.

1. 
   Senzorii generatorise numesc şi senzori activi şi au la baza principiului de funcţionare un efect fizic ce asigură conversia în energie electrică a energiei termice, mecanice sau de radiaţie. Cele mai semnificative efecte de acest tip sunt prezentate în tabelul urmator
   
   

Efectul piroelectric
Anumite cristale denumite piroelectrice (de exemplu, sulfatul de triglicerină), au o polarizare electrică spontană, care depinde de temperatura lor; ele se încarcă la suprafaţă cu sarcini electrice, proporţionale cu această polarizare şi de semne contrare, pe feţele opuse.
Aplicaţii: un flux de radiaţii luminoase absorbit de un cristal piezoelectric ridică temperatura, producând o modificare a polarizării, ce se măsoară prin variaţia de tensiune de la bornele unui condensator conectat în schemă.
Efectul piezoelectric
Acest efect se datorează proprietăţii anumitor dielectrici cristalini (cuarţul, titanatul de bariu) de a se polariza în urma modificărilor dimensionale, produse de aplicarea unei forţe.
Aplicaţii: măsurarea forţelor, a presiunilor şi a acceleraţiilor, prin intermediul tensiunii care produce variaţia sarcinii sale electrice la bornele unui condensator asociat elementului piezoelectric.
Efectul inducţiei electromagnetice
Dacă un conductor se deplasează într-un câmp de inducţie fix, el este sediul unei tensiuni electromotoare proporţionale cu fluxul tăiat în unitatea de timp şi cu viteza sa de deplasare. De asemenea, în cazul unui circuit închis aflat într-un flux de inducţie variabilă, se induce o tensiune electromotoare egală cu viteza de variaţie a fluxului magnetic prin suprafaţa acelui circuit, luată cu semn schimbat.
Aplicaţii: măsurarea tensiunii electromotoare de inducţie pentru a se determina o viteză de deplasare.
Efectul fotoelectric
Prin efect termoelectric se înţelege apariţia unei tensiuni electromotoare într-un sistem format din două metale diferite, puse în contact. În general, acest efect are la origine eliberarea sarcinilor într-un material, sub influenţa unei radiaţii luminoase sau a unei unde electromagnetice, când lungimea de undă este inferioară celei proprii ce caracterizează materialul. Se disting mai multe tipuri.

1. 
   Efectul fotoemisiv
   

În cazul iluminării, sunt emişi electroni liberi, dând naştere unui curent a cărui intensitate se măsoară în aplicaţiile realizate.

2. 
   Efectul fotovoltaic
   

Atât electronii, cât şi golurile, sunt eliberaţi în vecinătatea unei joncţiuni de semiconductori p sau n, sub acţiunea unui flux luminos, iar deplasarea purtătorilor de sarcină modifică tensiunea la borne.

3. 
   Efectul fotoelectromagnetic
   

Aplicarea unui câmp magnetic perpendicular pe radiaţii provoacă în materialul iluminat apariţia unei tensiuni electrice în direcţie normală pe câmpul magnetic şi pe radiaţii. Aplicaţii: cele trei tipuri de efecte fotoelectrice prezentate permit obţinerea curentului sau a tensiunii, în funcţie de iluminarea unui ecran şi stau la baza măsurării mărimilor fotometrice, pe de o parte, iar pe de altă parte asigură circulaţia unui semnal electric dependent de intensitatea luminoasă.
f) Efectul Hall
Un material, în general semiconductor, sub formă de plăcuţe, este parcurs de un curent I şi supus unei inducţii B, făcând un unghi 0 cu curentul. Pe direcţia perpendiculară pe inducţie şi curent va apărea o tensiune U_H de expresie:

Unde:
kH - constanta Hall, ce depinde de material şi de dimensiunile plăcuţei; În tabelul urmator sunt prezentate principiile fizice precum şi tipurile de materiale utilizate pentru ce stau la baza funcţionării senzorilor parametrici, obţinerea acestora.