6. Резистивные чувствительные элементы
Резистивные чувствительные элементы
Резистивные
чувствительные элементы состоят из
проводящего тела простой формы (например,
проволока, стерженек), которая изменяется
под действием силы. Если l
— длина, q —
поперечное
сечение и
— удельное сопротивление такого тела,
то из формулы зависимости сопротивления
от размеров
после
дифференцирования получаем
.
(1.2)
Уравнение (1.2) в большинстве случаев записывают в виде
,
(1.3)
где
деформация. Важнейшая характеристика
тензорезистора — коэффициент
тензочувствительности К,
определяемый уравнением (1.3); он состоит
из слагаемого 1 + 2
, отражающего изменение формы, и слагаемого
К
, отражающего изменение удельного
сопротивления (эффект пьезосопротивления).
Тензочувствительные материалы
Металлы. Их коэффициент тензочувствительности равен 2 6 , и его слагаемые от изменения формы и пьезосопротивления имеют одинаковый порядок значений.
7. Электромагнитные чувствительные элементы Электромагнитные датчики При ударе по кузову автомобиля, постоянный магнит, закрепленный в металлической пружине, начинает колебаться; эти колебания вызывают в многовитковой катушке электрический сигнал. По величине сигнала и происходит классификация удара на сильный и слабый.
8. Преобразователи Холла Предназначен для устройств измерения переменных и постоянных токов; для получения сигнала обратной связи в системах автоматического регулирования параметров технических систем, например, контроль электропитания, системы защиты и т. д.; для использования в системах контроля электропотребления и учета электроэнергии, например в счетчике электроэнергии.
Основным элементом датчика является арсенидогаллиевый высокочувствительный термостабильный преобразователь Холла, выходной сигнал которого пропорционален измеряемому току.
В
простейшем рассмотрении эффект Холла
выглядит следующим образом. Пусть через
металлический брус в слабом магнитном
поле
течёт
электрический
ток
под действием напряжённости
.
Магнитное поле будет отклонять носители
заряда
(для определённости электроны)
от их движения вдоль или против
электрического
поля
к одной из граней бруса. При этом критерием
малости[1]
будет служить условие, что при этом
электрон
не начнёт двигаться по циклоиде.
Таким
образом, сила
Лоренца
приведёт к накоплению отрицательного
заряда возле одной грани бруска и
положительного возле противоположной.
Накопление заряда будет продолжаться
до тех пор, пока возникшее электрическое
поле
зарядов
не
скомпенсирует магнитную составляющую
силы Лоренца:
Скорость
электронов
можно
выразить через плотность
тока:
где
—
концентрация
носителей заряда. Тогда
Коэффициент
пропорциональности
между
и
называется
коэффициентом
(или константой)
Холла.
В таком приближении знак постоянной
Холла зависит от знака носителей заряда,
что позволяет определять их тип для
большого числа металлов.
Для некоторых металлов (например, таких,
как свинец,
цинк,
железо,
кобальт,
вольфрам),
в сильных полях наблюдается положительный
знак
,
что объясняется в полуклассической
и квантовой
теориях твёрдого
тела.
9. Оптические чувствительные элементы Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все. Например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения и т.д..
Помимо высоких метрологических характеристик датчики должны обладать высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации при низкой трудоемкости изготовления и небольшой стоимости. Этим требованиям в максимальной степени удовлетворяют волоконно-оптические датчики. Основными элементами волоконно-оптического датчика являются оптическое волокно, светоизлучающие (источник света) и светоприемные устройства, оптический чувствительный элемент. Если классифицировать волоконно-оптические датчики с точки зрения применения в них оптического волокна, их можно грубо разделить на датчики, в которых оптическое волокно используется в качестве линии передачи, и датчики, в которых оно используется в качестве чувствительного элемента. В датчиках типа «линии передачи» используются в основном многомодовые оптические волокна, а в датчиках сенсорного типа чаще всего - одномодовые.
Волоконно-оптические датчики используют:
1) Изменение характеристик волокна (рис. 1, а) при механическом воздействии. При этом используются такие физические явления, как эффект Фарадея, эффект Керра.
2) Изменение параметров передаваемого света (рис. 1, б).
3) Преобразование «физическая величина свет». Чувствительным элементом может быть как сам измеряемый объект, так и специальный элемент, прикрепляемый к нему (рис. 1, в).
Рис. 1. Классификация основных структур волоконно-оптических датчиков: а) с изменением характеристик волокна. Используемые физические явления: эффект Фарадея, эффект Керра, изменение давления, радиация. Материал - люминесцентное волокно; б) с изменением параметров передаваемого света; в) с чувствительным элементом на торце волокна.
Волоконно-оптические технологии используются в приборах: определения давления, температуры, загрязнений, магнитных и электрических полей, ускорений и т.д. Волоконно-оптические гироскопы очень надежны, так как у них нет движущихся частей.
10. Пьезоэлектрические чувствительные элементы
Пьезоэлектри́ческий эффе́кт — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.
Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Прямой эффект открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 г.[1] Обратный эффект был предугадан в 1881 г. Липпманом на основе термодинамических соображений и в том же году экспериментально подтверждён братьями Кюри.
Пьезоэффект нельзя путать с электрострикцией. В отличие от электрострикции, прямой пьезоэффект наблюдается только в кристаллах без центра симметрии. Хотя в классе 432 кубической сингонии нет центра симметрии, пьезоэлектричество в нём также невозможно. Следовательно, пьезоэффект может наблюдаться у диэлектрических кристаллов, принадлежащим только к одному из 20 классов точечных групп.Содержание [убрать]
1 Использование пьезоэффекта в технике
2 Пьезоэлектрические свойства горных пород
3 См. также
4 Ссылки
[править]
Использование пьезоэффекта в технике
Прямой пьезоэффект используется:
в пьезозажигалках, для получения высокого напряжения на разряднике;
в датчиках в качестве чувствительного к силе элемента (чем больше сила, тем выше напряжение на контактах);
в качестве чувствительного элемента в микрофонах;
в контактном пьезоэлектрическом взрывателе (например к выстрелам РПГ-7).
Обратный пьезоэлектрический эффект используется:
в пьезоизлучателях (эффективны на высоких частотах и имеют небольшие габариты, такие например устанавливаются в музыкальные открытки), ультразвуковых излучателях;
в системах сверхточного позиционирования, например в системе позиционирования иглы в сканирующем туннельном микроскопе или позиционер перемещения головки жёсткого диска[2];
для подачи чернил в широкоформатных принтерах, печатающих на сольвентных чернилах и чернилах с ультрафиолетовым отверждением;
в пьезоэлектрических двигателях;
в адаптивной оптике, для изгиба отражающей поверхности деформируемого зеркала.
Прямой и обратный эффект используется:
в кварцевых резонаторах, используемых как эталон частоты;
в пьезотрансформаторах для изменения напряжения высокой частоты.
11. Измерительные схемы датчиков 12. Параметрические схемы
13. Генераторные измерительные схемы
Измери́тельный генера́тор (генератор сигналов, от лат. generator производитель) — мера для воспроизведения электромагнитного сигнала (синусоидального, импульсного, шумового или специальной формы). Генераторы применяются для проверки и настройки радиоэлектронных устройств, каналов связи, при поверке и калибровке средств измерений и в других целях.
Устройство и принцип действия. Общие сведения
Генератор является радиоэлектронным устройством, в зависимости от вида сигнала содержащий разные функциональные узлы. Общими узлами, для разных видов генераторов, являются: источник исходного сигнала (перестраиваемый автогенератор или кварцевый синтезатор частоты), усилители, выходные формирователи сигнала, выходной аттенюатор, цепи управления, цепи стабилизации выходного уровня и блок питания. Дополнительно в составе генератора могут быть различные модуляторы, формирователи временных интервалов и другие компоненты. В некоторых генераторах форма выходного сигнала синтезируется цифровым методом, с помощью ЦАП. Существуют также генераторы сигнала оптического диапазона, их работа основана на принципах квантовой электроники.