Érzékelők és beavatkozók

Átírás

1 Érzékelők és beavatkozók A tárgy előadói: Dr. Bársony István akadémikus, egyetemi tanár, kutatóprofesszor MTA EK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet Dr. Battistig Gábor MTA Dr.,tud. osztályvezető, az MTA Elektronikus Eszközök és Technológiák Tud. Biz. elnöke valamint alkalmanként a MOGI egy-egy munkatársa

2 Érzékelés: Transducer: jelátalakítás jelátalakító

3 A folyamatszabályozás elve Érzékelés Jelfeldolgozás Beavatkozás analóg digitális analóg

4 Az elektronikus folyamatszabályzás vázlata

5 Tematika 1. Anyagismeret a) Atomszerkezet b) Kötések, kristályszerkezet c) Sávszerkezet, félvezetők d) Fémek 2. Érzékelési elvek, fizikai jelenségek a) Termikus elvek b) Ellenállás c) Kapacitás d) Mágneses indukció e) Piezo-elvek f) Optikai elvek 3. Érzékelési módszerek, alkalmazások a) Hossz, elmozdulás b) Sebesség, gyorsulás c) Nyomás, erő, nyomaték d) Kémiai érzékelés 4. Integrált érzékelő rendszerek a) Technológiai alapok, MEMS, NEMS, OEMS b) Szenzorhálózatok, IoT

6 1. Anyagismeret a. Atomszerkezet (ismétlés)

7 Elemi részecskék jellemzői Töltés Nyugalmi tömeg Forgási impulzus Mágneses momentum

8 A Bohr-féle atommodell Pozitív töltésű atommag Negatív töltésű elektron Niels Bohr ( ) Az elektron diszkrét pályákon kering a mag körül. Coulomb erő Probléma (a klasszikus fizika törvényei szerint): Centripetális erő A körpályán mozgó elektron energiát sugároz le elektromágneses hullámok formájában.

9 Bohr-féle posztulátumok 1.) Az atomon belül az elektronok meghatározott E n (n=1,2,3...) diszkrét körpályákon mozognak. 2.) Az elektronok mozgása sugárzásmentesen történik, a magasabb energiájú pályáról egy alacsonyabbra történő átmenet energiájú foton kibocsátásával, ill. fordított esetben annak elnyelésével jár. 3.) Stacionárius állapotban az elektron forgási impulzusa csak diszkrét értékeket vehet fel:

10 Bohr-féle atommodell A hidrogénatom sajátértékei Legalacsonyabb energiaszint: n=1 (a szabad elektronra vonatkoztatva) A hidrogénatom ionizációs energiája H H + + e: 13,6eV

11 Klasszikus részecskék: kicsiny tömör golyók, Kvantummechanika Hullám - részecske dualizmus tartózkodási helyük mindig pontosan ismert, impulzusuk és energiájuk meghatározott, interferencia ill. elhajlási jelenség fellépése kizárt. Klasszikus hullám: az energia és impulzus a térben folytonosan oszlik el, interferencia és elhajlás jelenségét mutatja. a klasszikus modellek nem kielégítően írják le az elektronok tulajdonságait, Schrödinger (1926) a részecskének feltételezett elektronok interferencia és elhajlási jelenséget mutatnak A saját tömeggel rendelkező részecskék hullámegyenlete Erwin Schrödinger

12 Részecske egydimenziós mozgása (dobozmodell) Modell Megoldás A részecske hullámfüggvénye Potenciális energiája A részecske energiaállapotai Schrödinger egy. V=0-ra n: az energia kvantáltsága Nullponti energia Részecske végtelen nagy doboz-potenciálon belül x=0 és x=l esetén

13 Az elektron 2 tartózkodási valószínűségsűrűsége egy adott gömbfelületen Pályák orientációja Lehetséges pályák száma Elektron héj

14 Kvantummechanika Az elektron tartózkodási valószínűsége a hidrogénatomban Tarózkodási valószínűség Bohr modell Kvantummechanikai modell az atommagtól mért távolság Mag Figyelem: Az elektronsűrűség a centrumban a legnagyobb!

15 Kvantummechanikailag megengedett elektron energiaállapotok Fő kvantumszám Héj Alhéj Állapotok Elektronok az n száma alhéjon héjon stb.

16 Kvantummechanika Az energiaszintek betöltésének szabályai az atomon belül Pauli elv: Az egy atomon belüli elektronok mind a négy kvantumszámukban nem egyezhetnek meg! Wolfgang Ernst Pauli Egy adott főhéjon elhelyezkedő elektronok maximális száma:

17 Energia / ev Energia / J Kvantummechanika Az elektron energiája a hidrogénatomban Bohr modell Kvantummechanikai modell

18 Kvantummechanika Az elektronpályák 3 dimenziós ábrázolása héj héj Az elektron 2 tartózkodási valószínűség-függvénye

19 Kvantummechanika Az elektronhéjak betöltésének szabályai Atom orbitális pálya: n és l kombinációja pályánként két elektron ellentétes irányú spinnel Hund-féle szabály (a legnagyobb multiplicitásról): a pályák betöltése először a pár nélküli elektronokkal

20 Az elemek elektronkonfigurációja

21 Energia Kvantummechanika Az állapotok energiaszintjei Az elektronok először mindig a legalacsonyabb energiaszintű üres pályákat töltik be Fő kvantumszám n: Elektronhéj l : Az elemek periódusos rendszere

22 Az elemek periódusos rendszere Dmitri Ivanovich Mendeleev

23 Az elemek periódusos rendszere Gázok Fémek Félvezetők Fémek Félfémek

24 Ionizációs energia Energiamennyiség egyetlen atom ionizálásához (ev) Kation (pozitív ion) Rendszám

25 Ionizációs energia Egyetlen atom ionizálásához szükséges energia (ev) Kation (pozitív ion) Nemesgázok

26 Elektronaffinitás Egyetlen elektron beépüléséhez szükséges energia Anion (negatív ion) Rendszám

27 Elektronaffinitás Egyetlen elektron beépüléséhez szükséges energia (ev) Lantanidák Aktinidák Anion (negatív ion)

28 1. Anyagismeret b. Kémiai kötések, kristályszerkezet (ismétlés)

29 Kémiai kötések A kötések kialakulásának oka: az atomok között ható erőhatások valamennyi kötéstípus esetében az elektrosztatikus vonzás és taszítás közötti egyensúly Vegyületképzés: az atomok külső elektronpályáinak kölcsönhatása révén (ionizálás, elektronfelvétel, elektronfelhők átlapolása) Típusai: (határesetek) kovalens kötés ionos kötés fémes kötés

30 erő Az atomok közötti kölcsönhatás távolságuk függvényében vonzás effektív erő atomtávolság taszítás Pl. pozitív és negatív ionok között Pl. a teljesen betöltött belső elektronhájak között Erőegyensúly: taszítóerő összenergia atomtávolság Egyensúlyi atomtávolság: Eredő kötési energia: vonzóerő

31 Hidrogénmolekula

32 Kovalens kötés: (homeopoláros kötés) Részben betöltött elektronhéjak ill. elektronpályák átfedése A szomszédos atom(ok) elektronjai segítenek a teljes héjbetöltöttség elérésében Növekszik az elektronsűrűség az atommagok között atomtávolság Példa: Hidrogén molekula molekula átmeneti állapot

33 Ionos (heteropoláros) kötés: NaCl

34 Ionos kötések: atom- és ionsugarak az I. oszlop elemei Kationok a VII. oszlop elemei Anionok rendszám rendszám Atomsugár Ionsugár

35 Tipikus hibridizációs struktúrák Atomtörzs Hibridpálya (kötés) lineáris háromszögű planáris tetraéderes négyzetes planáris trigon. kettős piramis oktaéderes

36 Koordináció, ionsugarak aránya és geometriák Koordináció, Geometria: Koordináció, (Atomsugarak aránya (Atomsugarak aránya

37 Kovalens kötés: gyémántszerkezetű szén (C) Gyémántszerkezetű: C, Si, Ge (izomorf) Alapállapot hibridizált állapot Koordináció: 4 hibridpálya Az elektronok Az elektronok energia-sémája energia-sémája a C atomban a gyémántban

38 Ionos kötés (heteropoláros kötés) Kis ionizációs energia Nagy elektronaffinitás

39 Kristályképződés a kötéstípusok és koordináció (kötésszög) függvényében Ionos kötés pl:nacl Kovalens kötés pl: GaAs

40 Kötéstípusok összehasonlítása ionos kovalens fémes I.+VII. : NaCL II.+VI.: MgO oszlopok elemeinek vegyületei Félvezetők: Molekulák: Intermetallikusv.: SiC, GaAs, CH 4 InP, InSb, Elemi félvezetők: GaN Si, Ge, C Elemi fémek

41

42 Anyagtudományi tetréder Szerkezet Jellemzés Tulajdonságok Technológia Viselkedés

43 1. Anyagismeret c. Sávszerkezet, félvezetők

44 Vonzó erő Taszító erő Az atomok közötti erőhatások Coulomb erő pontszerű töltések között: F qq 4 r 0 2 Az atomok közötti távolság Taszító erő: a kölcsönhatásba lépő atomok azonos töltésű részecskéi, pl. elektronhéjai között F taszító ~ 1/r Vonzó erő: egyik atom atommagja és a szomszédos atom elektronjai között F vonzó ~ 1/r 2 a Az elektrosztatikus kölcsönhatás eredményeképp az az egyensúlyi távolság alakul ki, ahol legkisebb az eredő potenciális energia

45 Ún. vákuumenergiaszint Megengedett energiaállapotok az atomon belül a 11-es rendszámú Na két atomja egymástól távol E 1, E 2, : az adott energiaszint állapotaiban lévő elektronok kiszakításához szükséges energia E E 3s 1 2p 6 2s 2 E 1 E 2 E 3 E 4 2s 2 2p6 3s 1 Potenciálgát 1s 2 1s 2 r»a Távolság a két atommag között Nincs elektroncsere a két azonos felépítésű atom között, amik külön rendszert alkotnak!

46 A két (ill. több) atom immár egy rendszert alkot, erre kell teljesülnie a Pauli-elvnek, azaz az azonos energiaszintek felhasadnak, ezek sokasága energiasávot alkot! E 1 E 2 Energiaszintek felhasadása Az energiasávok kialakulása: sávmodell A 11-es rendszámú Na két szomszédos atomja a kristályrácsban A potenciálgát maximuma: az atomtávolság csökkenésével csökken Ún. vákuumenergiaszint E E 3 } rácsállandó E a = 4,3 Ångstrom A vezetési sávban az elektronok mozgó töltéshordozók, azaz szabadon közlekednek a rendszerben :! } 1s 2 } 2s 2 2p6 3s 1 Vezetési sáv (szabad elektronok) Vegyértéksáv (legkülső teljesen betöltött energiaszintig: benne az elektronok kötöttek)

47 Az anyagok osztályozása a sávmodell alapján A sávok relatív helyzete és az egyes sávokban megengedett elektronállapotok betöltöttsége szerint Fermi-energiaszint E F A Fermi-energiaértéknél alacsonyabb energiájú megengedett elektronállapotok nagy valószínűséggel fel vannak töltve elektronokkal. E F E F elektromos viselkedésük alapján

48 E E Vezetők: Vezetési sáv Félvezetők: vezetési sáv * * * vegyértéksáv E F E L E G <4,5 ev E L E V Szilárd testek osztályozása: vezetők, félvezetők, szigetelők vezetési sáv vegyértéksáv Szigetelők: vezetési sáv E G >4,5 ev vegyértéksáv E F E V E L E L E V E F Vegyértéksáv (valenciasáv) a legfelső, (vegyérték)elektronokkal teljesen telített energiasáv (T 0 = 0 K) E v :a vegyértéksáv felső szélének energiaszintje Vezetési sáv a legalsó üres, vagy (vezetési) elektronokkal csak részben telített energiasáv (T 0 = 0 K) E L : a vezetési sáv alsó szélének energiaszintje Tiltott sáv E G E V és E L közötti távolság, azon energiaértékek, amelyeket elektronok nem foglalhatnak el

49 Szilárd testek sávmodellje Elektronok: Fermi-eloszlás, állapot-eloszlás, tényleges elektron-sűrűség Fermi-eloszlás szigetelők félvezetők fémek VS üres VS üres VS félig tele VÉS tele tele T=0 T=0 T=0 z(e): Megengedett elektronállapot-eloszlás f (E)z(E) : tényleges elektron-sűrűség f(e): Fermi-eloszlás: adott E állapot betöltöttségi valószinűsége T hőmérsékleten E F : Fermi-szint: vezető elektronok maximális energiaszintje (0 K-en, külső erőtér nulla)

50 Félvezetők a periódusos rendszerben Periódus Oszlop Tiltott sávszélesség W G (ev) akceptor donor Si-ban és Ge-ban

51 energia Sávszerkezet: az energiaszintek helyzete a gyémántban, Ge-ban, Si-ban (szigetelő félvezető) üres teli törzs atomonként három állapot atomonként három állapot atomonként egy állapot valencia elektronok atomonként egy állapot anyag gyémánt (C) szilícium germánium tiltott sáv az atomtörzs átmérője r (nm)

52 A félvezetők felosztása Félvezetők Elektron félvezető Vegyes félvezető Ion félvezető Sajátvezetéses (intrinsic-vezető) Elektrontöbblet (n-vezető) Adalékolt (szennyezéses) Elektronhiány (p-vezető) Gyakorlati félvezetőkkel szembeni követelmények: Sávszélesség: 0,1 4,5eV Ionvezetés nem megengedett elektronvezetés a vezetési-, lyukvezetés a valenciasávban kémiai és termikus stabilitás adalékanyagok oldékonysága K o v a l e n s

53 Energia A Si rács- és sávszerkezete Indirekt átmenet gyémántrács impulzus

54 Energia A Ge rács- és sávszerkezete Indirekt átmenet gyémántrács impulzus

55 Energia A GaAs rács- és sávszerkezete Direkt átmenet cinkblende impulzus

56 A Si rács kétdimenziós ábrázolása (T=0K) Egyszerű sávmodell Vezetési sáv Vegyérték sáv valencia elektron hibridizáció nincs elektron a vezetési sávban

57 A Si kétdimenziós rácsszerkezete (T>0K) Egyszerű sávszerkezet Vezetési sáv Vegyértéksáv Energiaközlés szabad elektronok a vezetési sávban lyukak (elektronhiány) a vegyértéksávban

58 Sajátvezetés Fermi-szint a sajátvezetésnél Termikus egyensúly a félvezetőben sajátvezetésnél Töltéshordozó-koncentráció a sajátvezetésnél Intrinsic félvezető vezetési (szabad) elektronok lyukak (elektronhiány)

59 Sajátvezetés Sajátvezetés termikusan gerjesztett lyuk-elektron párok révén Intrinsic vezetőképesség: Az elektronok és lyukak mozgékonysága: A mozgékonyság hőmérséklet függése:

60 Fermi-függvény, Fermi-szint, állapotsűrűség-függvény, elektronsűrűség-eloszlás intrinsic félvezetőben Fermi-szint W Fi Fermi-függvény Állapotsűrűség eloszlás Szabad állapotok a valenciasávban betöltött állapotok a vezetési sávban Betöltöttségi valószínűség (Fermi-) függvény, állapotsűrűség- és elektronsűrűség-eloszlás T>0K esetén sajátvezetésnél

61 Az elemi és vegyület-félvezetők izoelektronikus vázlata Elemi- és Vegyület-félvezetők IV-IV III-V II-VI Egy atomra jutó elektronok átlagos száma

62 Periodus Félvezető (alkotó-)elemek a periódusos rendszerben és tiltott sáv szélességük W G (ev) értéke Oszlop

63 A legfontosabb félvezetők adatai (T=300K) Félvezető Tilos sáv Dielektromos állandó eff. állapotsűrűség a vezetési sávban eff. állapotsűrűség a valencia sávban elektronmozgékonyság lyukmozgékonyság elektron effektív/nyugalmi tömeg aránya lyuk effektív/nyugalmi tömeg aránya

64 Sávszélesség Intrinsic koncentráció Tilos sávszélesség (W G ) és intrinsic koncentráció (n i ) a hőmérséklet (T) függvényében

65 A Fermi-energia (W Fi ) hőmérsékletfüggése Fermi-energia W Fi nem degenerált félvezető degenerált félvezető Si-ban, Ge-ban és GaAs-ben degeneráció csak magas hőmérsékleten vagy extrém nagy adalékolás mellett lép fel!

66 Szennyezéses félvezetők Reális kristályok mindig tartalmaznak kristályhibákat: Ponthibák: hiányzó rácsatomok, atomok rácsközi helyeken, idegen atomok véletlenszerű szennyeződés célzottan bevitt adalékolás Diszlokációk: rácsatomok távolságának periodicitása sérül; a keletkező mechanikaia feszültség vonzza a beépülő idegen atomokat getterezés A félvezető egykristályok tisztasága: kristályhibasűrűség = cm -3 a diszlokációsűrűség max. megengedett értéke: műszakilag gyártható diszlokáció-mentes kristályban:

67 Az i-, n- és p-vezetés összehasonlítása félvezetőkben i-vezetés (sajátvezető) n-vezetés (donoradalékolt) p-vezetés (akceptoradalékolt) vezetési sáv vezetési sáv vezetési sáv donor nívók akceptor nívók vegyérték sáv vegyérték sáv vegyérték sáv

68 Adalékolt félvezetők: állapotsűrűség (z), elektron- (n) és lyukkoncentráció (p) sajátvezetés n-adalékolás p-adalékolás

69 Adalékolt félvezetők, donor- és akceptor, sekély és mély nívók Donor Akceptor Olyan ponthiba a kristályrácsban, amely szabad elektront ad le a vezetési sávba és a félvezetőt n-vezetésre teszi alkalmassá. Ionizációs energia*: Olyan ponthiba a kristályrácsban, amely elektront vesz fel a vegyérték sávból és a félvezetőt p-vezetésre teszi alkalmassá. Ionizációs energia*: Sekély (adalék) és mély (csapda) állapotok (nívók) kategórizálás a valós ionizációs energia szerint *Az ionizációs energiát a H-modell alapján számíthatjuk ki:

70 A szennyező-elemek energiaszintjei Si-ban donor szint vezetés akceptor szint vezetés

71 A szennyező-elemek energiaszintjei GaAs-ben donor szint vezetés akceptor szint vezetés

72 Mély nívók, elektron csapdaszintek GaAs-ben Gyakorlati alkalmazás: Kvázi-szigetelő tarto-mányok kialakítása a félvezetőben (pl. FET) Generáció a sekély állapoton és elektron csapdázódás a mély nívón A befogási folyamat eredményeképp csökkent a vezetési elektronok száma

73 Rekombinációs centrumok A rekombinációs centrumok technológiai hasznosítása: pl. gyors kapcsolóeszközökben (p-nátmenet) Generáció (elektron ill. lyuk) a sekély nívókon (D ill. A); rekombináció a mély nívón (RC) A rekombinációs folyamatban Megsemmisül egy szabad töltéshordozó pár

74 Adalékolt (extrinsic) félvezetők Extrinsic azaz adalékolt félvezetők n-típusú félvezető - donor adalékolással p-típusú félvezető - akceptor adalékolással Az adalékatomok sekély energiájú megengedett állapotokat generálnak a félvezető tiltott sávjában Állapotsűrűség ill. Többségi / kisebbségi töltéshordozó Termodinamikus egyensúlyban a félvezető kristály semleges: Az egyensúlyi lyuk- és elektronkoncentráció meghatározása: Elektronkoncentráció (n) a vezetési sávban Lyukkoncentráció (p) a valencia sávban

75 Az effektív adalékolás hőmérsékletfüggése Hőmérsékletfüggő szabad elektronkoncentráció extrinsic félvezetőben eltérő donor adalékolás esetén A hőmérséklet függvényében részleges n<n D (R), vagy teljes n=n D (E) ionizációval, azaz effektív adalékolással számolhatunk a W D ionizációs energiának megfelelően.

76 A Fermi-szint helyzete az extrinsic Si-ban Fermi-szint az intrinsic esetben

77 A vezetőképesség hőmérsékletfüggése intrinsic és extrinsic félvezetőben adalékkoncentráció mozgékonyság vezetőképesség I: intrinsic E: teljes ionizáció R: részleges ionizáció

78 A félvezetők alkalmazhatóságának maximális hőmérséklete félvezető T T max n i N A ill. N D

79 Félvezetők több minimummal az E(k) diagramban A Gunn-effektus Gunn-hatás vezetési sáv valencia sáv A szabad elektronok az energetikailag magasabb mellékminimumokba gerjesztődnek, ahol mozgékonyságuk drasztikusan csökken. impulzus

80 Töltéskiegyenlítődési folyamatok időben és térben Többlet lyuk-koncentráció felépülése és lecsengése állandó generációs ráta mellett Lyuk-koncentráció többlet térbeli lecsengése, ha a kezdeti lyuk-többlet

81 Galvanomágneses hatások a félvezetőkben n-félvezető p-félvezető A töltéshordozók eltérítése a B mágneses térben: Hall-effektus n- és p- típusú félvezetőben Az elektromos ellenállás megváltozása mágneses térben - B mérés

82 A Seebeck-effektus Vezető fém Félvezető Félvezető Vezető fém

83 1. Anyagismeret d. Fémek elektromágneses viselkedése

84 Fémek elektromos tulajdonságai j áramsűrűség és elektromos vezetőképesség definíciója Áramsűrűség: ahol driftsebesség elemi töltés töltéshordozó-sűrűség töltési szám z e = -1 Ohm törvénye: Elektromos térerősség a töltéshordozók mozgékonysága Lyukakkal (defektelektronokkal) kiegészítve: Ált. vezetőképesség: össz

85 Fémek elektromos tulajdonságai Az elektron gyorsulása az elektromos erőtérben, mozgékonyság Az elektron sebességének időbeli alakulása E>0 esetén (t 1 - t 4 között) Az M n effektív tömegű elektron gyorsuló mozgása Az elektron repülési (ütközési) ideje Az elektron átlagsebessége Az elektron mozgékonysága n Áramsűrűség

86 Fémek elektromos tulajdonságai Matthiessen-szabály =f (T) a valós fémekben Hőmérsékleti összetevő Maradék összetevő Matthiessen-szabály Rácsionok hőmozgása (egyéb paraméterek) Szennyeződések stb. R/R 290K 3 féle különböző mértékben szennyezett Na-mintára más hőmérséklet-független paraméterek: idegen atomok diszlokációk más rácshibák (szemcsehatárok, szekunder halmazállapotok )

87 Fémek elektromos tulajdonságai Az ellenállás megnövekedése a beépült idegen atomok miatt Rendszám Rendszám

88 Fémek elektromos tulajdonságai fémek fajlagos ellenállása a hőmérséklet függvényében Hőmérséklet / C A fajlagos ellenállás hőmérsékletfüggése = (1 + T) T hőmérséklet C-ban Hőmérséklet / K

89 Fémek elektromos tulajdonságai Termoelektromos hatások fémekben és félvezetőkben hatás hatás hatás Vezető 1 Vezető 1 Vezető Vezető 2 Vezető 2 Vezető Az A és B közötti hőmérsékletkülönbség miatt potenciálkülönbség lép fel és elektromos áram folyik: U th = AB T Seebeck-tényező Felmelegedés ill. lehűlés (+Q, -Q) A-ban és B-ben az áthajtott elektromos áram miatt = AB I Peltier-tényező Felmelegedés vagy lehűlés homogén vezetőben, ha kívülről áramot és hőmérsékletváltozást is rákényszerítünk dp th = th I grad(t)dv Thomson-tényező

90 Fémek elektromos tulajdonságai Különböző Fermi-energiájú fémek kontaktusfeszültsége Szabad elektronok Fém Fém 1 Fém 2 Fém 1 Fém 2 Két különböző Fermienergiájú (W F1 és W F2 ) fém energiaállapota és a kilépési energiák: W A1 és W A2 Érintkezés esetén (W F közös Fermi-energia) a kiegyenlítő-töltés potenciálkülönbséget eredményez U 12 kontaktus-feszültség

91 Fémek elektromos tulajdonságai Termikus vezetőképesség fémekben Nem fémes szilárdtestekben: a hővezetést rácsrezgések képezik Fémekben: a szabad elektronok által képviselt plusz energiaáramlás jelentősebb Hőáram-sűrűség Energia elektrononként Egy elektronra ható erő Mozgásegyenlet: Hővezetési képesség Hőáram-sűrűség Hő- és töltésáramlás összekapcsolódása fémekben és félvezetőkben: termo-erő

92 Fémek a méréstechnikában Alkalmazási elvek Fémek a méréstechnikában Hőmérséklet T F erő, M nyúlás T 0 viszonyítási hőmérséklettel anyag A U H segédfeszültséggel Ellenálláshőmérő B anyag Termoelem Nyúlásmérő bélyeg

93 Fémek a méréstechnikában Termoelektromos hatások: Seebeck-effektus A hőmérsékletkülönbség potenciálkülönbséget generál: Vezető 1 Vezető 2 Seebeck-tényező (termoerő) termofeszültség Az A, B anyagok abszolút termoereje termoelem Termopárban a fémek bizonyulnak előnyösebbnek, mivel a félvezetőkkel ellentétben rugalmas huzal formában gyárthatók

94 Fémek a méréstechnikában Termoelemek (termopárok) a hőmérséklet méréséhez Hőelemek (termopárok) kiválasztásának szempontjai: nagy termikus-feszültség U th U th és T között lineáris összefüggés magas olvadáspont kémiai rezisztencia magas hőmérsékleteken Előnyök: nincs szükség külső áramellátásra egyszerű, áttekinthető mérőrendszer viszonylag erős mechanikai igénybevételt is elvisel (hajlítható drótok) viszonylag olcsó a felhasználható anyagok széles skálája nagy hőmérsékletátfogás Hátrányok: nemlineáris hőmérséklet-jelleggörbe referenciahőmérséklet szükséges hosszú távú stabilitása más hőmérséklet-szenzorokhoz képest alacsony kisebb érzékenységű más hőmérséklet-szenzorokhoz képest