- •Раздел 1 Классификация датчиков и их характеристики Тема 1. Классификация датчиков и передаточные функции
- •Передаточная функция
- •Тема 2. Статические и динамические характеристики
- •2.1. Диапазон измеряемых значений (максимальный входной сигнал)
- •2.2. Диапазон выходных значений
- •2.3. Точность
- •2.4. Калибровка
- •2.5. Ошибка калибровки
- •2.6. Гистерезис
- •2.7. Нелинейность
- •2.8. Насыщение
- •2.9. Воспроизводимость
- •2.10. Мертвая зона
- •2.11.Разрешающая способность
- •2.12. Специальные характеристики
- •2.13. Выходной импеданс
- •2.14. Сигнал возбуждения
- •2.15. Динамические характеристики
- •2.16. Факторы окружающей среды
- •2.18. Надежность
- •3 Физические принципы работыДатчиков
- •3.1. Электрические заряды, поля и потенциалы
- •3.2. Емкость
- •3.2.1 Конденсатор
- •3.2.2. Диэлектрическая проницаемость
- •3 Физические принципы датчиков
- •3.1. Магнетизм
- •3.2 Закон Фарадея
- •3.3 Соленоид
- •3.4. Магнетизм
- •3.5 Тороид
- •3.6 Постоянные магниты
- •3.7. Индукция
- •3.8. Сопротивление
- •3.9 Удельное сопротивление
- •3.10 Температурная чувствительность
- •3.11 Тензочувствительность
- •3.6. Пьезоэлектрический эффект
- •3.7 Пьезоэлектрические пленки
- •3.8. Пироэлектрический эффект
- •3.9 Эффект Холла
- •3.10 Эффекты Зеебека и Пельтье
- •3.11. Звуковые волны
- •3.12.1 Температурные шкалы
- •3.11.2 Тепловое расширение
- •3.11.3 Теплоемкость
- •3.12. Теплопередача
- •3.12.1 Теплопроводность
- •3.12.2 Тепловая конвекция
- •3.12.3 Тепловое излучение
- •3.12.3.1 Излучающая способность
- •3.13 Световое излучение
- •4 Преобразователи светового излучения: конструкции,классификация, свойства
- •4.1 Принцип действия и основные типы преобразователей
- •4.2 Преобразователи оптического изображения: конструкция, принцип работы
- •4.3 Преобразователь оптических изображений в электрические сигналы
- •4.4 Физические принципы работы пзс-матрицы
- •5 Объемные извещатели
- •5.1 Общие положения
- •5.2 Пассивные оптико-электронные извещатели
- •5.3 Зеркальная система.
- •5.4 Линза Френеля.
- •6 Комбинированные извещатели
- •7 Индуктивные преобрпазователи: их конструкция и схемы включения
- •7.1 Принцип действия и конструкция
- •7.2 Схемы включения
- •7.3 Цифроаналоговые преобразователи
- •7.4 Цап с токозадающими резисторами.
- •7.5 Цап с матрицей r-2r
- •8 Контактные датчики, конструкции, схемы включения в системы безопасности.
- •8.1 Характеристики герконов
- •9 Магнитоупругие преобразователи
- •9.1 Принцип действия и конструкция
- •9.2 Электронная система защиты для периметральных оград и зданий гардвайр – серия gw400
- •9.2.1 Назначение
- •9.2.3 Микрофонный кабель
- •9.3 Зонные анализаторы Гардвайр
- •9.6 Извещатель охранный трибоэлетрический багульник
- •9.7 Устройство и принцип действия гюрза-035
- •9.8 Радиоволновое средство обнаружения газон
3.11.2 Тепловое расширение
Все твердые объекты с ростом температуры увеличиваются в объеме, что происходит в результате колебательного движения атомов и молекул. При увеличении температуры среднее расстояние между атомами растет, что приводит к расширению всего твердого тела. Изменение любого линейного размера (длины, ширины или высоты) называется линейным расширением. Длина объекта L2 при температуре Тг связана с первоначальной длиной l1 соответствующей температуре Т1 следующим соотношением:
(3.109)
где а называется коэффициентом линейного расширения. Для разных материалов значения а неодинаковые. Этот коэффициент определяется как:
(3.110)
где ΔТ= Т2 — Тг В Приложении приведены значения коэффициентов линейного расширения для различных материалов (более точно тепловое расширение можно описать при помощи полиномов высокого порядка: 2 = 1[1+α1(Т2-Т1) + α2 (Т2-Т1)2+α3(Т2-Т])3+…]; однако на практике линейной аппроксимации обычно бывает достаточно). Строго говоря, коэффициент α зависит от действительной температуры. Однако для большинства практических применений небольшими изменениями α можно пренебречь. Для, так называемых, изотропных материалов, коэффициенты расширения в любом направлении равны. Небольшие изменения площади объекта и его объема с высокой степенью точности можно выразить при помощи следующих выражений:
(3.111, 3.112)
Тепловое расширение — очень полезное физическое явление, на основе которого реализовано много датчиков, которые либо измеряют тепловую энергию, либо используют ее в качестве сигнала возбуждения. Рассмотрим многослойную структуру, состоящую из двух пластин X и У, склеенных друг с другом (рис.3.38А). Пластины имеют одинаковые толщину и площадь поверхности и идентичные модули упругости, но разные коэффициенты теплового расширения' α1и α2(α1> αг). Пластины прикреплены с левой стороны к опорной стене. При нагреве пластин, т.е. изменении их температуры с T1 до Т2, пластина X увеличится больше, чем пластина У. Зона скрепления двух пластин не позволит пластине X расширяться равномерно, одновременно, заставляя пластину У увеличиваться больше, чем требует ее коэффициент а. Все это приводит к возникновению внутреннего напряжения, в результате которого структура прогибается вниз. И, наоборот, в случае охлаждения пластин вся структура изогнется вверх. Радиус изгиба можно оценить при помощи выражения [36]:
(3.113)
В результате изгиба максимальное отклонение наблюдается на свободном конце конструкции. Это отклонение может служить мерой изменения температуры. Предполагается, что при калибровочной температуре структура занимает горизонтальное положение; хотя это не всегда так, поскольку форма структуры при калибровке диктуется условиями конкретной задачи Фактически, биметаллическая структура является преобразователем температуры в перемещение.
3.11.3 Теплоемкость
Когда объект нагревается, его температура повышается. Под нагревом подразумевается передача объекту определенного количества тепла или тепловой энергии. Тепло в объекте накапливается в виде кинетической энергии вибрации атомов. Можно провести аналогию между максимально возможным количеством воды в резервуаре и количеством тепла, которое может поглотить объект. Естественно, что количество воды в резервуаре не может превышать его объем, называемый емкостью резервуара. Подобно этому, любой объект можно характеризовать теплоемкостью, которая зависит как от материала объекта, так и от его массы т:
С = ст (3.115)
где с — константа, определяемая тепловыми свойствами материала. Она называется удельной теплоемкостью, и для нее справедливо следующее соотношение:
(3.116)
Удельная теплоемкость описывает сам материал, в то время как теплоемкость является характеристикой объекта, сделанного из этого материала. Строго говоря, удельная теплоемкость не является постоянной величиной во всем температурном диапазоне, включая все состояния материала. Она может существенно меняться при изменении состояния материала, например, при переходе от твердой фазы к жидкой.