11.Первичные измерительные преобразователи (пип). Классификация по входным и выходным величинам.
ПИП (датчик, детектор, чувствит-ый элемент) – элемент, предназначенный для преобразования физ.-хим. параметра в электрич-ий сигнал, при этом соотношение между входным и выходным сигналом известно.
Классификация ПИПов по входным сигналам
Основные величины |
Производные величины |
1.Размер величины (длина) |
Толщина, высота, уровень, качество поверхности, вибрации, амплитуда колебаний, давление, ускорение, акустические хар-ки (шум) |
2.Сила |
Вес, механич. напряжение, напор газа или жидкости |
3.Температура |
Теплоемкость, давление, скорость газовой среды, расход жидкости или газа, турбоемкость, яркость, цвет |
4.Световые хар-ки |
Величина светов. потока, освещенность, яркость, спектр-ый состав, длина волны, частота, вращающий момент |
5.Время |
Скорость, ускорение, частота, число оборотов, статич. распределение |
Классификация ПИПов по выходным сигналам
1.активные ПИПы, в рез-те работы которых появляется электр-ий сигнал в виде ЭДС, тока, напряжения, заряда: -электромагнитные -термоэлектрические -фотоэлектрические - пьезоэлектрические -электрокинетические -пироэлектрические |
2.пассивные ПИПы, для работы которых нужны дополн. источники энергии: -параметрические (резисти-вные, емкостные, индукт-ые) -механорезистивные -магниторезистивные -фоторезистивные -полупроводниковые -ионизационные |
12.Реостатный пип.
Реостатный ПИП – ПИП, у которого ф-ция сопротивления=ф-ции перемещения R=f(x), х – механическое перемещение. Этот реостат подключен к источнику, у которого у явл-ся функцией передвижения движка х.
1.значит-ое увеличение Rвх измер-ого преобразователя, тогда Rобщ не зависит от Rх
2.линеаризация по участкам (всю длину реостата разбивают на участки)
13. Тензо- и пьезорезистивные пип
Тензорезистивные ПИП предназначены для преобразования механических напряжений в изменение сопротивления.
Принцип действия основан на изменении сопротивления под действием деформации, меняющей длину сопротивления.
Это керамич подложка, на кот нанесены зигзагом проводники, кот закреплены с помощью клея (лаками, эпоксидными смолами, цементами) и кот подвержен растягивающему усилию.
Р
R 
Р
k=(ΔR/R) /ΔL/L, где к – коэффициент тензочувствительности
Статическая характеристика тензопреобразователя:
ΔR/R = k*(/E), где Е – модуль управляемости
ΔL/L – относит удлинение, ΔR/R – относит изменение сопротивления, 𝜎 – напряжение материала.
Тензодатчики выпускаются сл типов: проволочные, пленочные, фольговые.
Область применения: измерение мех растяжений, размеров микровпадин и неровностей.
Погрешность – 1-5%
Принцип действия пьезорезистивных ПИП основан на явлении поляризации диэлектриков под действием прикладываемого давления.
Прямой пьезоэф – возникновение зарядов на гранях кристалла, перпендик-ых прикладываемому мех усилию Р. Под дейтвием мех усилия мол-лы ориентируются вдоль линий электр оси кристалла.
g=d*P, где d - пьезоэлектр постоянная
В качестве исх материалов использ. Кварц, титонат бария, дигидрофосфат калия, сегнетова соль.
Обратный пьезоэф – при помещении в эл поле у кристаллов изменяются микроразмеры.
Т.к. кристаллы имеют конечное значение электр сопротивления, то происходит рекомбинация зарядов в объеме и на гранях кристалла. По этой причине ПЭП исп-ся только для динамич измерений.
Сопротивление меняется пропорц-но действующей силе.
Применение возможно в объектах с темп-ой до 200°С, т.к. до этой т-ры т-ный коэф-ент и пьезоэлектр коэфф слабо зависят от температуры.
Использование таких чувствительных элементов применяется при измерении величин механич напряжений, прогибов материала.
В противовес ПЭП испол-ся электреты – в-ва, долгое время сохраняющие заряд на обкладках.