Електричні та магнітні

сенсори та актюатори

Розділ 5, частина А

Вступ

Найширший ряд в порівнянні з іншими сенсорами:

По кількості типів сенсорів

По варіаціях в межах одного типу.

Причини:

Сенсор використовує електричні властивості матеріалів

Багато електричних ефектів

Потрібний вихід майже завжди є електричним

Деякі електричні/електромагніті сенсори не

обговорені тут:

(Термопари, оптичні, ультразвукові сенсори і т.д.)

Більшість актюаторів є або електричними, або

магнітними.

Вступ

Ми розглянемо наступні типи сенсорів та актюаторів:

Сенсори та актюатори, які базуються на електричних або електростатичних принципах.

Включають МЕМС (мікро-електромеханічні сенсори, які найчастіше

базуються на електростатичній силі)

Ємнісні сенсори (вимірюють зазор, відстань, рівень, властивості

матеріалів, вологість та інші показники, такі як сила, прискорення і

тиск) і пов’язані з ними сенсори.

Магнітні сенсори і актюатори, які базуються на статичному та

квазістатичному магнітному полі.

Мотори та вентилі для створення руху,

Сенсори магнітних полів (індуктивні сенсори для позиціонування,

переміщення тощо),

Магнітострикційні сенсори та актюатори.

Визначення

Електричне поле: сила на одиницю заряду

Існує в заряджених тілах.

Електричне поле є статичне, якщо заряди не рухаються

або рухаються зі сталою швидкістю.

Залежить від часу, якщо заряди прискорені або

сповільнені.

Рух зарядів в електропровідному середовищі або в

просторі створює струм

Струм створює магнітне поле.

Магнітне поле є також статичним, коли струм є сталим або:

Залежить від часу, коли струм змінюється.

Визначення (продовження)

Якщо струм змінюється з часом то існують

електричне поле та спричинене ним магнітне поле.

Це називається електромагнітним полем.

Електромагнітне поле означає що існують електричне та

магнітне поля.

Електричне або магнітне поле можна розглядати як частини електромагнітного поля. Наприклад, електростатичне поле можна розглядати як незалежне від

часу електромагнітне поле з нульовим магнітним полем.

Принципи роботи електромагнітного поля описують

рівняння Максвела

Стратегія вимірювання

Все що впливає на одну з цих величин може бути виміряне через електромагнітне поле.

Електромагнітні актюатори базуються на одній

здвох сил:

Електрична сила (притягання між протилежно

зарядженими зарядами або відштовхування

однакових зарядів)

Магнітна сила (притягання між провідниками, по

який тече струм в одному напрямку, або

відштовхування між провідниками, по яких тече

струм в різних напрямках).

Електричне поле – ємнісні сенсори та актюатори

Сенсори та актюатори, що базуються на електричному полі.

Працюють за фізичними принципами та ефектами електричного поля (ємність, заряд, збереження енергії)

Основний тип: ємнісний прилад.

Деякі сенсори такі як сенсори заряду більш зрозумілі в термінах електричного поля.

В цілому, дане обговорення ємності та її використання у вимірюваннях покриває більшість аспектів, потрібних для повного розуміння цих типів сенсорів без потреби в детальному вивчені електричного поля.

Ємність

Ємність: відношення між зарядом та потенціалом тіла

Вимірюється в фарад = кулон/вольт.

Ємність можна визначити для двох електропровідних тіл, між якими є різниця потенціалів.

Ємність (продовження)

Тіло B заряджене від батареї позитивним

зарядом Q і тіло A заряджене протилежними зарядом

–Q.

Будь-які два електропровідні тіла,

незалежно від розміру та відстані між ними

мають ємність.