Հաղորդականություն. Սահմանում | Հավասարումներ | Չափումներ | Կիրառություններ

Էլեկտրահաղորդականությունշատ ավելին է, քան պարզապես վերացական հասկացություն. այն մեր փոխկապակցված աշխարհի հիմնարար ողնաշարն է, որը լուռ սնուցում է ամեն ինչ՝ սկսած ձեր ձեռքի ամենաժամանակակից էլեկտրոնային սարքերից մինչև մեր քաղաքները լուսավորող հսկայական էլեկտրամատակարարման ցանցերը։

Ինժեներների, ֆիզիկոսների և նյութագետների, կամ նյութի վարքագիծը իսկապես հասկանալ ցանկացող յուրաքանչյուրի համար, հաղորդականության տիրապետումը անվիճելի է: Այս խորը ուղեցույցը ոչ միայն տալիս է հաղորդականության ճշգրիտ սահմանում, այլև բացահայտում է դրա կարևորագույն նշանակությունը, ուսումնասիրում է դրա վրա ազդող գործոնները և ընդգծում դրա առաջատար կիրառությունները տարբեր ոլորտներում, ինչպիսիք են կիսահաղորդիչները, նյութագիտությունը և վերականգնվող էներգիան: Պարզապես սեղմեք՝ ուսումնասիրելու համար, թե ինչպես կարող է այս կարևոր հատկության ըմբռնումը հեղափոխություն մտցնել էլեկտրական աշխարհի վերաբերյալ ձեր գիտելիքների մեջ:

Բովանդակության աղյուսակ՝

1. Ի՞նչ է հաղորդականությունը

2. Հաղորդունակության վրա ազդող գործոններ

3. Հաղորդականության միավորներ

4. Ինչպես չափել հաղորդունակությունը. Հավասարումներ

5. Հաղորդունակությունը չափելու համար օգտագործվող գործիքներ

6. Հաղորդականության կիրառությունները

7. Հաճախակի տրվող հարցեր

Ի՞նչ է հաղորդականությունը։

Էլեկտրահաղորդականությունը (σ) հիմնարար ֆիզիկական հատկություն է, որը քանակականացնում է նյութի էլեկտրական հոսանքը պահելու ունակությունը։Ըստ էության, այն որոշում է, թե որքան հեշտությամբ կարող են լիցքի կրիչները, հիմնականում մետաղների ազատ էլեկտրոնները, անցնել նյութի միջով։ Այս էական բնութագիրը անթիվ կիրառությունների ամուր հիմքն է՝ միկրոպրոցեսորներից մինչև քաղաքային էներգետիկ ենթակառուցվածքներ։

Որպես հաղորդականության հակադարձ մաս, էլեկտրական դիմադրությունը (ρ) հոսանքի հոսքի հակադրությունն է։ Հետևաբար,ցածր դիմադրությունը ուղղակիորեն համապատասխանում է բարձր հաղորդունակությանըԱյս չափման միջազգային ստանդարտ միավորը Siemens-ն է մեկ մետրի համար (Ս/մ), չնայած միլիզիմեններ մեկ սանտիմետրի համար (մՍ/սմ) լայնորեն օգտագործվում է քիմիական և շրջակա միջավայրի վերլուծություններում։

Հաղորդականություն ընդդեմ դիմադրության. Հաղորդիչներ ընդդեմ մեկուսիչների

Բացառիկ հաղորդականությունը (σ) նյութերը դարձնում է հաղորդիչներ, մինչդեռ արտահայտված դիմադրությունը (ρ) դրանք դարձնում է իդեալական մեկուսիչներ։ Հիմնականում, նյութերի հաղորդականության կտրուկ հակադրությունը բխում է շարժական լիցքակիրների տարբերակված հասանելիությունից։

Բարձր հաղորդունակություն (հաղորդիչներ)

Պղնձի և ալյումինի նման մետաղները ցուցաբերում են չափազանց բարձր հաղորդականություն։ Սա պայմանավորված է դրանց ատոմային կառուցվածքով, որը ներառում է հեշտությամբ շարժվող վալենտային էլեկտրոնների հսկայական «ծով», որոնք ամուր կապված չեն առանձին ատոմների հետ։ Այս հատկությունը դրանք անփոխարինելի է դարձնում էլեկտրական լարերի, էլեկտրահաղորդման գծերի և բարձր հաճախականության շղթաների համար։

Եթե ​​ցանկանում եք ավելին իմանալ նյութերի էլեկտրական հաղորդունակության մասին, կարող եք կարդալ այս գրառումը, որը կենտրոնանում է ձեր կյանքում առկա բոլոր նյութերի էլեկտրական հաղորդունակության բացահայտման վրա։

Ցածր հաղորդունակություն (մեկուսիչներ)

Այնպիսի նյութեր, ինչպիսիք են ռետինը, ապակին և կերամիկան, հայտնի են որպես մեկուսիչներ: Դրանք ունեն քիչ կամ ընդհանրապես չունեն ազատ էլեկտրոններ, ինչը ուժեղ դիմադրություն է ցուցաբերում էլեկտրական հոսանքի անցմանը: Այս հատկանիշը դրանք կենսական նշանակություն ունի բոլոր էլեկտրական համակարգերում անվտանգության, մեկուսացման և կարճ միացումներից խուսափելու համար:

Հաղորդականության վրա ազդող գործոններ

Էլեկտրահաղորդականությունը նյութի հիմնարար հատկություն է, բայց տարածված սխալ պատկերացման հակառակ, այն ֆիքսված հաստատուն չէ: Նյութի էլեկտրական հոսանք հաղորդելու ունակությունը կարող է խորապես և կանխատեսելիորեն ազդվել արտաքին միջավայրի փոփոխականներից և ճշգրիտ կազմային ինժեներիայից: Այս գործոնների ըմբռնումը ժամանակակից էլեկտրոնիկայի, զգայունակության և էներգետիկ տեխնոլոգիաների հիմքն է.

1. Ինչպես են արտաքին գործոնները ազդում հաղորդունակության վրա

Նյութի անմիջական միջավայրը զգալի վերահսկողություն ունի դրա լիցքակիրների (սովորաբար էլեկտրոնների կամ անցքերի) շարժունակության վրա։ Եկեք մանրամասն ուսումնասիրենք դրանք։

1. Ջերմային ազդեցություններ. Ջերմաստիճանի ազդեցությունը

Ջերմաստիճանը, թերևս, էլեկտրական դիմադրության և հաղորդականության ամենատարածված փոփոխիչն է։

Մաքուր մետաղների մեծամասնության համար,ջերմահաղորդականությունը նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղՋերմային էներգիան ստիպում է մետաղի ատոմներին (բյուրեղային ցանցին) տատանվել ավելի մեծ ամպլիտուդով, և, հետևաբար, այս ուժեղացված ցանցի տատանումները (կամ ֆոնոնները) մեծացնում են ցրման իրադարձությունների հաճախականությունը, արդյունավետորեն խոչընդոտելով վալենտային էլեկտրոնների սահուն հոսքը: Այս երևույթը բացատրում է, թե ինչու են գերտաքացած լարերը հանգեցնում հզորության կորստի:

Եվ հակառակը, կիսահաղորդիչներում և մեկուսիչներում ջերմահաղորդականությունը կտրուկ աճում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ։ Ավելացված ջերմային էներգիան էլեկտրոններ է գրգռում վալենտային գոտուց արգելքի գոտու միջով դեպի հաղորդականության գոտի, այդպիսով ստեղծելով շարժական լիցքակիրների ավելի մեծ քանակ և զգալիորեն նվազեցնելով դիմադրությունը։

2. Մեխանիկական լարվածություն. ճնշման և լարվածության դերը

Մեխանիկական ճնշման կիրառումը կարող է փոխել նյութի ատոմային հեռավորությունը և բյուրեղային կառուցվածքը, ինչն էլ իր հերթին ազդում է հաղորդունակության վրա, և սա կարևորագույն երևույթ է պիեզոռեզիստիվ սենսորների համար։

Որոշ նյութերում սեղմման ճնշումը ստիպում է ատոմներին ավելի մոտենալ միմյանց, ուժեղացնելով էլեկտրոնային օրբիտալների համընկնումը և հեշտացնելով լիցքակիրների շարժումը, այդպիսով մեծացնելով հաղորդականությունը։

Սիլիցիումի նման նյութերում ձգումը (ձգման լարում) կամ սեղմումը (սեղմման լարում) կարող են վերադասավորել էլեկտրոնային էներգիայի գոտիները՝ փոխելով լիցքակիրների արդյունավետ զանգվածը և շարժունակությունը: Այս ճշգրիտ ազդեցությունը կիրառվում է լարման չափիչներում և ճնշման փոխակերպիչներում:

2. Ինչպես է անմաքրությունը ազդում հաղորդունակության վրա

Պինդ մարմնի ֆիզիկայի և միկրոէլեկտրոնիկայի ոլորտում էլեկտրական հատկությունների վրա վերջնական վերահսկողությունը ձեռք է բերվում կոմպոզիցիոն ճարտարագիտության միջոցով, հիմնականում՝ դոպինգի միջոցով։

Լոգավորումը որոշակի խառնուրդների ատոմների հետքային քանակությունների խիստ վերահսկվող ներմուծումն է (սովորաբար չափվում է միլիոնի մասերով) բարձր մաքրված, ներքին բազային նյութի, ինչպիսիք են սիլիցիումը կամ գերմանիումը։

Այս գործընթացը ոչ միայն փոխում է հաղորդականությունը, այլև հիմնարար կերպով հարմարեցնում է նյութի կրողի տեսակը և կոնցենտրացիան՝ ստեղծելու համար կանխատեսելի, ասիմետրիկ էլեկտրական վարքագիծ, որն անհրաժեշտ է հաշվարկների համար։

N-տիպի դոպինգ (բացասական)

Ավելի շատ վալենտային էլեկտրոններ ունեցող տարրի ներմուծումը (օրինակ՝ ֆոսֆոր կամ մկնդեղ, որոնք ունեն 5), քան հիմնական նյութը (օրինակ՝ սիլիցիում, որն ունի 4): Ավելորդ էլեկտրոնը հեշտությամբ նվիրաբերվում է հաղորդականության գոտի, դարձնելով էլեկտրոնը հիմնական լիցքի կրող:

P-տիպի դոպինգ (դրական)

Ավելի քիչ վալենտային էլեկտրոններ ունեցող տարրի ներմուծում (օրինակ՝ բոր կամ գալիում, որոնք ունեն 3): Սա ստեղծում է էլեկտրոնային դատարկություն կամ «անցք», որը գործում է որպես դրական լիցքի կրող:

Դոփինգի միջոցով հաղորդունակությունը ճշգրիտ վերահսկելու ունակությունը թվային դարաշրջանի շարժիչ ուժն է.

Կիսահաղորդչային սարքերի համար այն օգտագործվում է ձևավորելու համարp-nմիացումներ, դիոդների և տրանզիստորների ակտիվ շրջաններ, որոնք թույլ են տալիս հոսանքը հոսել միայն մեկ ուղղությամբ և ծառայում են որպես ինտեգրալ սխեմաների (ԻՍ) հիմնական անջատիչ տարրեր։

Ջերմաէլեկտրական սարքերի համար հաղորդականության կարգավորումը կարևորագույն նշանակություն ունի էներգիայի արտադրության և սառեցման համար օգտագործվող նյութերում լավ էլեկտրական հաղորդունակության (լիցքը տեղաշարժելու համար) և վատ ջերմահաղորդականության (ջերմաստիճանի գրադիենտը պահպանելու համար) անհրաժեշտությունը հավասարակշռելու համար։

Առաջադեմ զգայունության տեսանկյունից, նյութերը կարող են լեգիրվել կամ քիմիապես մոդիֆիկացվել՝ քիմիական դիմադրություններ ստեղծելու համար, որոնց հաղորդականությունը կտրուկ փոխվում է որոշակի գազերի կամ մոլեկուլների հետ կապվելիս՝ կազմելով բարձր զգայուն քիմիական սենսորների հիմքը։

Հաղորդականության հասկացումը և ճշգրիտ կառավարումը շարունակում է կարևորագույն նշանակություն ունենալ հաջորդ սերնդի տեխնոլոգիաների մշակման, օպտիմալ աշխատանքի ապահովման և գիտության ու ճարտարագիտության գրեթե բոլոր ոլորտներում արդյունավետության մաքսիմալացման համար։

Հաղորդականության միավորներ

Հաղորդականության ստանդարտ Միջազգային համակարգում միավորը Սիմենսն է մետրի համար (Ս/մ): Այնուամենայնիվ, արդյունաբերական և լաբորատոր պայմաններում ավելի տարածված հիմնական միավորը Սիմենսն է սանտիմետրի համար (Ս/սմ): Քանի որ հաղորդականության արժեքները կարող են ընդգրկել մեծության բազմաթիվ կարգեր, չափումները սովորաբար արտահայտվում են նախածանցներով՝

1. միկրոՍիմենսը սանտիմետրում (մՍ/սմ) օգտագործվում է ցածր հաղորդունակությամբ հեղուկների համար, ինչպիսիք են ապաիոնացված կամ հակադարձ օսմոսի (RO) ջուրը։

2. միլիզիմենը սանտիմետրում (մՍ/սմ) սովորական է ծորակի ջրի, տեխնոլոգիական ջրի կամ աղի լուծույթների համար։(1 մՍ/սմ = 1,000 մԿ/սմ).

3. դեցիզիմենսը մետրի համար (դՍ/մ) հաճախ օգտագործվում է գյուղատնտեսության մեջ և համարժեք է մՍ/սմ-ի (1 դՍ/մ = 1 մՍ/սմ):

Ինչպես չափել հաղորդունակությունը. Հավասարումներ

Aհաղորդունակության չափիչՀաղորդականությունը ուղղակիորեն չի չափում։ Դրա փոխարեն, այն չափում է հաղորդականությունը (Siemens-ում) և այնուհետև հաշվարկում հաղորդականությունը՝ օգտագործելով սենսորին հատուկ բջջային հաստատունը (K): Այս հաստատունը (սմ միավորներով)^-1) սենսորի երկրաչափության ֆիզիկական հատկությունն է։ Սարքի միջուկի հաշվարկը հետևյալն է.

Հաղորդականություն (S/cm) = Չափված հաղորդականություն (S) × Բջիջի հաստատուն (K, սմ⁻¹-ով)

Այս չափումը ստանալու համար օգտագործվող մեթոդը կախված է կիրառությունից: Ամենատարածված մեթոդը ներառում է կոնտակտային (պոտենցիոմետրիկ) սենսորներ, որոնք օգտագործում են էլեկտրոդներ (հաճախ գրաֆիտ կամ չժանգոտվող պողպատ), որոնք անմիջական շփման մեջ են հեղուկի հետ: Պարզ 2 էլեկտրոդային դիզայնը արդյունավետ է ցածր հաղորդունակությամբ կիրառությունների համար, ինչպիսին է մաքուր ջուրը: Ավելի առաջադեմ 4-էլեկտրոդսենսորներապահովելբարձր ճշգրտություն ունեն շատ ավելի լայն տիրույթում և ավելի քիչ են ենթարկվում էլեկտրոդների չափավոր աղտոտվածությունից առաջացող սխալների։

Կոշտ, կոռոզիոն կամ բարձր հաղորդունակությամբ լուծույթների համար, որտեղ էլեկտրոդները կարող են կեղտոտվել կամ կոռոզիայի ենթարկվել, օգտագործվում են ինդուկտիվ (տորոիդային) սենսորներ: Այս անհպում սենսորներն ունեն երկու մետաղալարով փաթաթված կծիկներ, որոնք պատված են ամուր պոլիմերի մեջ: Մեկ կծիկը լուծույթում առաջացնում է էլեկտրական հոսանքի օղակ, իսկ երկրորդ կծիկը չափում է այս հոսանքի մեծությունը, որը ուղիղ համեմատական ​​է հեղուկի հաղորդունակությանը: Այս դիզայնը չափազանց ամուր է, քանի որ ոչ մի մետաղական մաս չի ենթարկվում գործընթացին:

Հաղորդականության և ջերմաստիճանի չափումներ

Հաղորդականության չափումները մեծապես կախված են ջերմաստիճանից։ Հեղուկի ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց, դրա իոնները դառնում են ավելի շարժունակ, ինչը հանգեցնում է չափված հաղորդականության բարձրացմանը (հաճախ մոտ 2%-ով մեկ °C-ի համար)։ Չափումների ճշգրտությունն ու համեմատելիությունն ապահովելու համար դրանք պետք է նորմալացվեն ստանդարտ հաշվարկային ջերմաստիճանի նկատմամբ, որը համընդհանուր է։25°C.

Ժամանակակից հաղորդունակության չափիչները այս ուղղումը կատարում են ավտոմատ կերպով՝ օգտագործելովինտեգրվածջերմաստիճանսենսորԱյս գործընթացը, որը հայտնի է որպես ավտոմատ ջերմաստիճանի փոխհատուցում (ATC), կիրառում է ուղղման ալգորիթմ (օրինակ՝ գծային բանաձևը)G25 = G_t/[1+α(T-25)]) հաղորդելու հաղորդունակությունը այնպես, կարծես այն չափված լիներ 25°C-ում։

Որտեղ՝

Գ₂₅= Ուղղված հաղորդականություն 25°C-ում;

Գ_տ= Հումքի հաղորդունակություն, չափված գործընթացի ջերմաստիճանումT;

T= Չափված գործընթացի ջերմաստիճանը (°C-ով);

α (ալֆա)= լուծույթի ջերմաստիճանի գործակիցը (օրինակ՝ 0.0191 կամ 1.91%/°C NaCl լուծույթների համար):

Չափեք հաղորդականությունը Օհմի օրենքով

Օհմի օրենքը, որը էլեկտրատեխնիկայի անկյունաքարն է, գործնական հիմք է հանդիսանում նյութի էլեկտրահաղորդականությունը (σ) քանակականացնելու համար։ Այս սկզբունքըհաստատում է լարման (V), հոսանքի (I) և դիմադրության (R) միջև ուղիղ կապը։Այս օրենքը նյութի ֆիզիկական երկրաչափությունը ներառելով՝ կարելի է ստանալ դրա ներքին հաղորդականությունը։

Առաջին քայլը Օհմի օրենքը (R = V/I) կիրառելն է որոշակի նյութական նմուշի վրա։ Սա պահանջում է երկու ճշգրիտ չափումներ՝ նմուշի վրա կիրառվող լարումը և դրա միջով անցնող հոսանքը։ Այս երկու արժեքների հարաբերակցությունը տալիս է նմուշի լրիվ էլեկտրական դիմադրությունը։ Սակայն այս հաշվարկված դիմադրությունը բնորոշ է այդ նմուշի չափին և ձևին։ Այս արժեքը նորմալացնելու և նյութի ներքին հաղորդականությունը որոշելու համար պետք է հաշվի առնել դրա ֆիզիկական չափերը։

Երկու կարևոր երկրաչափական գործոններն են նմուշի երկարությունը (L) և լայնական հատույթի մակերեսը (A): Այս տարրերը ինտեգրված են մեկ բանաձևի մեջ՝ σ = L / (R^A):

Այս հավասարումը արդյունավետորեն դիմադրության չափելի, արտաքին հատկությունը թարգմանում է հաղորդականության հիմնարար, ներքին հատկության։ Կարևոր է հասկանալ, որ վերջնական հաշվարկի ճշգրտությունը ուղղակիորեն կախված է սկզբնական տվյալների որակից։ V, I, L կամ A չափման ցանկացած փորձարարական սխալ կվտանգի հաշվարկված հաղորդականության վավերականությունը։

Հաղորդունակությունը չափելու համար օգտագործվող գործիքներ

Արդյունաբերական գործընթացների կառավարման, ջրի մաքրման և քիմիական արտադրության մեջ էլեկտրահաղորդականությունը պարզապես պասիվ չափում չէ, այլ կարևոր կառավարման պարամետր։ Ճշգրիտ, կրկնվող տվյալների ստացումը չի իրականացվում մեկ, ունիվերսալ գործիքից։ Դրա փոխարեն, այն պահանջում է կառուցել ամբողջական, համապատասխան համակարգ, որտեղ յուրաքանչյուր բաղադրիչ ընտրվում է որոշակի առաջադրանքի համար։

Հզոր հաղորդական համակարգը բաղկացած է երկու հիմնական մասից՝ կարգավորիչից (ուղեղ) և սենսորից (զգայարաններ), որոնք երկուսն էլ պետք է ապահովվեն պատշաճ կարգաբերմամբ և փոխհատուցմամբ։

1. Միջուկը. Հաղորդականության կարգավորիչը

Համակարգի կենտրոնական հանգույցն էայնառցանցհաղորդունակության կարգավորիչ, որը շատ ավելին է անում, քան պարզապես արժեք ցուցադրելը: Այս կարգավորիչը գործում է որպես «ուղեղ», սնուցելով սենսորը, մշակելով հում ազդանշանը և տվյալները դարձնելով օգտակար: Դրա հիմնական գործառույթներն են հետևյալը.

① Ավտոմատ ջերմաստիճանի փոխհատուցում (ATC)

Հաղորդականությունը խիստ զգայուն է ջերմաստիճանի նկատմամբ։ Արդյունաբերական կարգավորիչը, ինչպիսին էSUP-TDS210-Bկամբարձր ճշգրտությամբSUP-EC8.0, օգտագործում է ինտեգրված ջերմաստիճանի տարր՝ յուրաքանչյուր ցուցմունքը ավտոմատ կերպով շտկելու համար մինչև 25°C ստանդարտ։ Սա կարևոր է ճշգրտության համար։

② Արդյունքներ և ազդանշաններ

Այս սարքերը չափումը վերածում են 4-20 մԱ ազդանշանի՝ PLC-ի կամ ազդանշանների և չափիչ պոմպի կառավարման համար նախատեսված ակտիվացնող ռելեների։

③ Կալիբրացման միջերես

Կարգավորիչը կարգավորված է ծրագրային ինտերֆեյսով՝ կանոնավոր, պարզ կարգաբերումներ կատարելու համար։

2. Ճիշտ սենսորի ընտրությունը

Ամենակարևոր մասը սենսորի (կամ զոնդի) վերաբերյալ ձեր ընտրությունն է, քանի որ դրա տեխնոլոգիան պետք է համապատասխանի ձեր հեղուկի հատկություններին: Սխալ սենսորի օգտագործումը չափման ձախողման թիվ մեկ պատճառն է:

Մաքուր ջրի և RO համակարգերի համար (ցածր հաղորդունակություն)

Հակադարձ օսմոսի, ապաիոնացված ջրի կամ կաթսայի սնուցող ջրի նման կիրառությունների համար հեղուկը պարունակում է շատ քիչ իոններ: Այստեղ, երկէլեկտրոդային հաղորդունակության սենսոր (ինչպեսայնSUP-TDS7001) իդեալական ընտրություն էtoչափելջրի հաղորդունակությունըԴրա դիզայնը ապահովում է բարձր զգայունություն և ճշգրտություն այս ցածր հաղորդունակության մակարդակներում։

Ընդհանուր նշանակության և կեղտաջրերի համար (միջինից բարձր հաղորդունակություն)

Կեղտոտ լուծույթներում, որոնք պարունակում են կախված պինդ նյութեր կամ ունեն լայն չափման տիրույթ (ինչպես կեղտաջրերը, ծորակի ջուրը կամ շրջակա միջավայրի մոնիթորինգը), սենսորները հակված են աղտոտման: Նման դեպքում, չորս էլեկտրոդային հաղորդունակության սենսորը, ինչպիսին էայնSUP-TDS7002 գերազանց լուծում է: Այս դիզայնը պակաս է տուժում էլեկտրոդների մակերեսների վրա կուտակումից, ապահովելով շատ ավելի լայն, ավելի կայուն և ավելի հուսալի ցուցմունք փոփոխական պայմաններում:

Կոշտ քիմիական նյութերի և խառնուրդների համար (ագրեսիվ և բարձր հաղորդունակությամբ)

Ագրեսիվ միջավայրեր, ինչպիսիք են թթուները, հիմքերը կամ հղկող խառնուրդները, չափելիս ավանդական մետաղական էլեկտրոդները կկոռոզիայի ենթարկվեն և արագ կփչանան։ Լուծումը անհպում ինդուկտիվ (տորոիդային) հաղորդունակության սենսոր է, ինչպիսին էայնSUP-TDS6012շարք։ Այս սենսորն օգտագործում է երկու պատիճավորված կծիկներ՝ հեղուկի մեջ հոսանք առաջացնելու և չափելու համար՝ առանց սենսորի որևէ մասի դրան դիպչելու։ Սա այն գործնականում անխոցելի է դարձնում կոռոզիայի, կեղտոտման և մաշվածության նկատմամբ։

3. Գործընթացը. Երկարաժամկետ ճշգրտության ապահովում

Համակարգի հուսալիությունը պահպանվում է մեկ կարևոր գործընթացի՝ տրամաչափման միջոցով։ Կարգավորիչը և սենսորը, անկախ նրանից, թե որքան զարգացած են, պետք է ստուգվենհայտնիհղումլուծում(հաղորդականության ստանդարտ)՝ ճշգրտությունն ապահովելու համար: Այս գործընթացը փոխհատուցում է ժամանակի ընթացքում սենսորի ցանկացած աննշան շեղում կամ աղտոտում: Լավ կարգավորիչը, ինչպես օրինակ՝այնSUP-TDS210-C, սա դարձնում է պարզ, մենյուի միջոցով կառավարվող ընթացակարգ։

Հաղորդականության ճշգրիտ չափման հասնելը խելացի համակարգի նախագծման հարց է: Այն պահանջում է ինտելեկտուալ կառավարիչի և ձեր կոնկրետ կիրառման համար կառուցված սենսորային տեխնոլոգիայի համապատասխանեցում:

Ո՞րն է էլեկտրականություն հաղորդելու լավագույն նյութը։

Էլեկտրաէներգիա հաղորդելու լավագույն նյութը մաքուր արծաթն է (Ag), որն ունի ցանկացած տարրի մեջ ամենաբարձր էլեկտրահաղորդականությունը։ Սակայն դրա բարձր գինը և մգանալու (օքսիդանալու) հակումը սահմանափակում են դրա լայն կիրառումը։ Գործնական կիրառությունների մեծ մասի համար ստանդարտը պղինձն է (Cu), քանի որ այն առաջարկում է երկրորդ լավագույն էլեկտրահաղորդականությունը շատ ավելի ցածր գնով և բարձր ճկունություն ունի, ինչը այն իդեալական է դարձնում լարերի, շարժիչների և տրանսֆորմատորների համար։

Եվ հակառակը, ոսկին (Au), չնայած արծաթից և պղնձից պակաս հաղորդունակ լինելուն, կենսական նշանակություն ունի էլեկտրոնիկայում զգայուն, ցածր լարման կոնտակտների համար, քանի որ այն ունի բարձր կոռոզիոն դիմադրություն (քիմիական իներտություն), ինչը կանխում է ազդանշանի դեգրադացիան ժամանակի ընթացքում։

Վերջապես, ալյումինը (Al) օգտագործվում է երկար հեռավորության, բարձր լարման փոխանցման գծերի համար, քանի որ դրա թեթև քաշը և ցածր գինը զգալի առավելություններ են առաջարկում, չնայած պղնձի համեմատ ծավալային առումով ցածր հաղորդունակությանը։

Հաղորդականության կիրառությունները

Որպես նյութի էլեկտրական հոսանք փոխանցելու ներքին ունակություն, էլեկտրական հաղորդականությունը հիմնարար հատկություն է, որը շարժիչ ուժ է հանդիսանում տեխնոլոգիայի համար: Դրա կիրառումը ընդգրկում է ամեն ինչ՝ սկսած մեծածավալ էներգետիկ ենթակառուցվածքներից մինչև միկրոմաշտաբի էլեկտրոնիկա և շրջակա միջավայրի մոնիթորինգ: Ստորև ներկայացված են դրա հիմնական կիրառությունները, որտեղ այս հատկությունը կարևոր է.

Էներգետիկա, էլեկտրոնիկա և արտադրություն

Բարձր հաղորդունակությունը մեր էլեկտրական աշխարհի հիմքն է, մինչդեռ վերահսկվող հաղորդունակությունը կարևոր է արդյունաբերական գործընթացների համար։

Էլեկտրաէներգիայի փոխանցում և լարերի միացում

Բարձր հաղորդունակությամբ նյութերը, ինչպիսիք են պղինձը և ալյումինը, ստանդարտ են էլեկտրական լարերի և երկար հեռավորության էլեկտրահաղորդման գծերի համար: Դրանց ցածր դիմադրությունը նվազագույնի է հասցնում I-ն:²R (Ջոուլ) ջերմային կորուստներ, որոնք ապահովում են էներգիայի արդյունավետ փոխանցում։

Էլեկտրոնիկա և կիսահաղորդիչներ

Միկրո մակարդակում տպագիր միկրոսխեմաների (PCB) և միակցիչների վրա հաղորդիչ հետքերը ձևավորում են ազդանշանների ուղիները: Կիսահաղորդիչներում սիլիցիումի հաղորդականությունը ճշգրտորեն մանիպուլացվում է (լեգիրվում)՝ տրանզիստորներ ստեղծելու համար, որոնք բոլոր ժամանակակից ինտեգրալ սխեմաների հիմքն են:

Էլեկտրաքիմիա

Այս ոլորտը հիմնված է էլեկտրոլիտների իոնային հաղորդունակության վրա: Այս սկզբունքը շարժիչ ուժ է մարտկոցների, վառելիքային բջիջների և արդյունաբերական գործընթացների համար, ինչպիսիք են էլեկտրոլիտիկ ծածկույթը, մետաղի մաքրումը և քլորի արտադրությունը:

Կոմպոզիտային նյութեր

Պոլիմերներին ավելացվում են հաղորդիչ լցանյութեր (օրինակ՝ ածխածնային կամ մետաղական մանրաթելեր)՝ հատուկ էլեկտրական հատկություններով կոմպոզիտներ ստեղծելու համար: Դրանք օգտագործվում են էլեկտրամագնիսական պաշտպանության (ԷՄՊ) համար՝ զգայուն սարքերը պաշտպանելու և արտադրության մեջ էլեկտրաստատիկ լիցքաթափումից (ԷՍԼ) պաշտպանելու համար:

Մոնիթորինգ, չափում և ախտորոշում

Հաղորդականության չափումը նույնքան կարևոր է, որքան ինքնին հատկությունը, ծառայելով որպես հզոր վերլուծական գործիք։

Ջրի որակի և շրջակա միջավայրի մոնիթորինգ

Հաղորդականության չափումը ջրի մաքրության և աղիության գնահատման հիմնական մեթոդ է: Քանի որ լուծված իոնային պինդ նյութերը (Առևտրի ծառայությունների սակագին) ուղղակիորեն մեծացնում է հաղորդականությունը, սենսորները օգտագործվում են խմելու ջուրը վերահսկելու համար,կառավարելկեղտաջրերիբուժումև գնահատել հողի առողջությունը գյուղատնտեսության մեջ։

Բժշկական ախտորոշում

Մարդու մարմինը գործում է կենսաէլեկտրական ազդանշանների հիման վրա: Բժշկական տեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են էլեկտրասրտագրությունը (ԷՍԳ) և էլեկտրաէնցեֆալոգրաֆիան (ԷԷԳ), աշխատում են մարմնում իոնների կողմից անցկացվող մանր էլեկտրական հոսանքները չափելով, ինչը թույլ է տալիս ախտորոշել սրտանոթային և նյարդաբանական հիվանդությունները:

Գործընթացների կառավարման սենսորներ

Քիմիականումևսնունդարտադրություն, հաղորդականության սենսորները օգտագործվում են իրական ժամանակում գործընթացները վերահսկելու համար: Դրանք կարող են հայտնաբերել կոնցենտրացիայի փոփոխությունները, նույնականացնել տարբեր հեղուկների միջև միջերեսները (օրինակ՝ տեղում մաքրման համակարգերում) կամ զգուշացնել խառնուրդների և աղտոտման մասին:

Հաճախակի տրվող հարցեր

Հարց 1. Ո՞րն է տարբերությունը հաղորդականության և դիմադրության միջև։

Հ. Հաղորդականությունը (σ) նյութի էլեկտրական հոսանքը թողնելու ունակությունն է, որը չափվում է Սիմենս մետրով (S/m): Դիմադրությունը (ρ) նյութի հոսանքին դիմադրելու ունակությունն է, որը չափվում է օհմմետրերով (Ω⋅մ): Դրանք ուղիղ մաթեմատիկական հակադարձ մեծություններ են (σ=1/ρ):

Հարց 2. Ինչո՞ւ են մետաղները բարձր հաղորդականություն ունենում։

Ա. Մետաղները օգտագործում են մետաղական կապ, որտեղ վալենտային էլեկտրոնները կապված չեն որևէ ատոմի հետ: Սա առաջացնում է ապալոկալիզացված «էլեկտրոնների ծով», որը ազատորեն շարժվում է նյութի միջով՝ հեշտությամբ ստեղծելով հոսանք, երբ կիրառվում է լարում:

Հարց 3. Կարո՞ղ է փոխվել հաղորդականությունը։

Ա. Այո, հաղորդականությունը խիստ զգայուն է արտաքին պայմանների նկատմամբ: Ամենատարածված գործոններն են ջերմաստիճանը (ջերմաստիճանի բարձրացումը նվազեցնում է հաղորդականությունը մետաղներում, բայց մեծացնում է այն ջրում) և խառնուրդների առկայությունը (որոնք խաթարում են էլեկտրոնների հոսքը մետաղներում կամ ավելացնում իոններ ջրին):

Հ4. Ի՞նչն է դարձնում ռետինի և ապակու նման նյութերը լավ մեկուսիչներ:

Ա. Այս նյութերն ունեն ուժեղ կովալենտ կամ իոնային կապեր, որտեղ բոլոր վալենտային էլեկտրոնները ամուր կապված են։ Քանի որ ազատ էլեկտրոններ չկան շարժվելու համար, դրանք չեն կարող դիմանալ էլեկտրական հոսանքին։ Սա հայտնի է որպես շատ մեծ «էներգետիկ գոտու բաց»։

Հարց 5. Ինչպե՞ս է չափվում ջրի հաղորդունակությունը։

Ա. Հաշվիչը չափում է լուծված աղերի իոնային հաղորդականությունը: Դրա զոնդը ջրի վրա կիրառում է փոփոխական հոսանքի լարում, ինչը ստիպում է լուծված իոններին (օրինակ՝ Na+ կամ Cl−) շարժվել և հոսանք ստեղծել: Հաշվիչը չափում է այս հոսանքը, ավտոմատ կերպով շտկում է ջերմաստիճանը և օգտագործում է սենսորի «բջիջային հաստատունը»՝ վերջնական արժեքը (սովորաբար μS/cm) հաղորդելու համար: