APZPAT32 Snímače a měření fyzikálních veličin

Fyzikální ústav v Opavě
zima 2020
Rozsah
2/2/0. 6 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Stanislav Hledík, Ph.D. (přednášející)
Ing. Miroslav Vala, CSc. (přednášející)
Ing. Miroslav Vala, CSc. (cvičící)
Garance
doc. RNDr. Stanislav Hledík, Ph.D.
Fyzikální ústav v Opavě
Předpoklady
(FAKULTA(FU) && TYP_STUDIA(B))
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem předmětu je zprostředkovat studentům poznatky ze základů měření neelektrických fyzikálních veličin elektrickými metodami pomocí snímačů.
Výstupy z učení
Student po úspěšném absolvování ovládá:
- teoretické principy snímačů a senzorů fyzikálních veličin;
- volbu vhodných měřicích metod uplatnitelných při monitorování životního prostředí;
- díky znalostem základních fyzikálních principů a statistických metod má schopnost kritického posouzení a interpretace získaných výsledků.
Osnova
  • 1. Fyzikální základy polovodičů. Úvod; Molekula a vazby atomů. Krystalická struktura látek. Vady krystalové mřížky, dotace. Základní vlastnosti polovodičů; vlastní polovodiče, nevlastní polovodiče; vedení proudu v polovodičích; základní vlastnosti polovodičového přechodu; přechod kov-polovodič, přechod PN, VA (voltampérové charakteristiky) a její popis, průraz přechodu v závěrném směru (lavinový, Zenerův, teplotní, povrchový). Technologická realizace PN přechodů.

    2. Diskrétní polovodičové součástky: náhradní schéma diody, komutace, základní aplikace, provedení, VA charakteristiky a použití; bipolární tranzistory: podstata činnosti - tranzistorový jev, PNP a NPN tranzistor, provedení, použití, základní zapojení tranzistoru (SB, SE, SC). Unipolární tranzistory (JFET, MOSFET), podstata činnosti tranzistoru FET, provedení, charakteristiky.

    3. Definice snímače. Typy a vlastnosti snímačů. Dělení snímačů generace snímačů. Vlastnosti a chyby analogového snímače: statické a dynamické. Eliminace chyb snímače: kompenzační a diferenční snímač, filtrace signálu, zpětná vazba.

    4. Odporové snímače. Odporové snímače polohy, typy potenciometrů a jejich vlastnosti. Snímače deformace: vlastnosti tenzometrů a jejich typy (tlakové, deformační, kovové, polovodičové). Snímače teploty: kovové, polovodičové. Snímače světelného záření: fotorezistory, fotodiody (PIN, lavinové, Schottkyho, s hetero-přechodem), fototranzistory, fototyristory, snímače infračerveného záření. Odporové snímače vakua, rychlosti tekutin, jaderného záření, elektrických a magnetických veličin.

    5. Kapacitní snímače. Vlastnosti snímače. Princip měření, použití a konstrukce snímače.

    6. Indukční snímače. Vlastnosti snímače. Princip měření: snímač s pohyblivou cívkou, s otevřeným magnetickým obvodem, s potlačeným polem, snímač bez feromagnetika. Snímač rychlosti kapalin: princip, snímač s vodivým a nevodivým průtokovým kanálem. Použití indukčních snímačů.

    7. Snímače záření. Vlastnosti, typy snímačů a princip měření: vakuový, plněné plynem, fotonásobiče. Polovodičové snímače, PIR detektory, CCD snímače kamery, detektory jaderného záření.

    8. Piezoelektrické snímače. Vlastnosti snímače. Princip měření, použití k měření vibrací. Náhradní elektrický obvod snímače.

    9. Termoelektrické snímače. Vlastnosti snímače. Princip měření. Seebecův a Peltierův jev. Parazitní vlivy a jejich eliminace.

    10. Ostatní snímače. Snímače pro měření fyzikálních vlastností tekutin a pevných látek, snímače pro měření a analýzu složení a koncentraci látek. Snímače a zařízení pro biometrické, biochemické a medicínské aplikace. Smart senzory a mikro analyzátory.
Literatura
    povinná literatura
  • Ripka P., Ďaďo S., Kreidl M., Novák J.: Senzory a převodníky. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2005.
  • Zehnula K. Snímače neelektrických veličin. Praha, 1983.
    doporučená literatura
  • Haasz, Miloš Sedláček. Elektrická měření - přístroje a metody. ČVUT, 2003. ISBN 80-01-02761-7.
  • M. Vala. Fyzikální základy elektrotechniky a elektroniky I. Ostravská Universita, 2002. ISBN 80-7042-239-4.
  • Sobotka. Přehled číslicových systému. Praha, 1981.
Výukové metody
přednáška; cvičení
Metody hodnocení
Účast na cvičení 75%, vypracování zadaných seminárních prací ze cvičení, úspěšné zvládnutí písemné i ústní části zkoušky.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích zima 2021, zima 2022, zima 2023, zima 2024.