7. Пип: назнач-е, классификация. Резистивные, индукт-е и емкостные пип. Пр-п действия, х-ки.

ПИП  это уст-во, кот-е с целью измер-я превращает физ-ие вх-е в-ны в эл-е, причем соотн-я между вх-м и вых-м сигналом и временем можно определить с известной степенью точности.

Классификация ПИП по входным характеристикам

Входные величины	Производные величины
линейное перемещение	длина, толщина, ур-нь, кач-во пов-сти, вибрация, сила, давл-е, деформация, ускорение, масса, момент инерции, шум
сила	вес, уд-й вес, напор, мех-е напряж-е, давл-е, высота, шум
температура	Теплопров-сть, давл-е, ско-рость газа, поток, турбул-сть
свет	Св-й поток, освещ-сть, спектр, длина волны, вращающий момент, частота колебаний
время	частота, число импульсов, статическое распределение

Классиф-ю ПИП по вых-м хар-кам разделяют на две группы:

1. активные ПИП, в которых в результате преобразования выраб-ся электрическая величина (ток, напряжение, заряд).2пассивные ПИП, в кот-х преобр-е осущ-ся воздействием на эл-е в-ны. Такие ПИП требуют доп-ных источников энергии.

Классификация активных ПИП: 1) электромагн-е, 2) пьезоэл-е, 3) термоэл-е, 4) фотоэл-ие (с внеш-м фотоэффектом), 5) пироэл-е, 6) электрокинетические.

Классификация пассивных ПИП: 1) ПИП, изм-щие в-ну R-ния, индукт-сти, емк-и (параметрич-е ПИП), 2) механорезистив-е, 3) магниторезист-е, 4) фоторезист-е, 5) терморезист-е, 6) гальваномагн-е (осн-е на эф-кте Холла), 7) ионизац-е, 8) ПИП, основанные на проводимости полупроводникаРезистивные преобр-ли. К ним относятся реостатные датчики, тензорезисторы и пьезорезисторы.Р еостатные ПИП. Датчик п/с переменное R-ние спец-й конст-рукции, движок кот-го под действием вх-й величины меняет свое полож-е. В общем виде ф-ция преобр-ния таких датчиков может быть представлена в виде: где вых-е омич-е R-ние; угл-е или линейное перемещение движка. можно менять все 3 пар-ра, но чаще всего это « ». Тогда где отнош-е R-ния реостата к R-нию пров-ка; где макс-й ход резистора.

Их изгот-т из манганина, константана или вольфрама в виде изолир-й проволоки, намотанной на каркас. Их R-ние – от 10 до 1000 Ом. Х-р ф-ции преобр-я датчика выбирают путем изменения длины каждого витка (за счет формы каркаса) или путем измен-я шага м/д витками.

На рис. б  зав-сть вых-х R-ний от перемещ-я Они прим-ся для восприятия тех мех-х перемещ-й, где прилагаемое усилие превышает а само перемещ-е  знач-е 2-3 мм. При питании таких датчиков переем-м током частота < = 5 Гц.

Тензорезистивные датчики для измер-я мех-х напряж-й. Они изгот-ся их проволоки, фольги и полупровод-х пластинок. Пр-п действия осн-н на изм-и эл-го R-ния под действием мех-й деформ-и. На рис.: пр-ль состоит из базы 2, на кот-ю наклеена проволока 3 d 0.02-0.03 мм зигзагообразной формы (ширина наклеиваемой проволоки а, длина ). К концам проволоки приварены выводные провода 1. Сверху провода нанесен слой лака 4. Датчик наклеен на исследуемую пов-сть 5 и вместе с ней деформ-ся, преобразуя мех-е напряж-е в изменение омического сопротивления.

Тензорезист-е датчики х-ся коэф-нтом тензочувствительности: где относительное изменение сопротивления датчика; относительная деформация проволоки. Измерив относ-ю деформ-ю пов-сти конструкции и зная знач-е модуля упругости для данного мат-ла, опр-т механическое напряжение по формуле: Таким образом, изменение сопротивления датчика Пьезорезистивные датчики. (преобр-е сил, давл-й и дефор-й) Высокой чувств-сть при достаточно простой конструкции.ЧЭ 1 под возд-ем (осущ-ся ч/з Ме-ские обкладки 2) мех-й силы меняет R-ние между проводами 3. ЧЭ вып-т из разл-х ме-х и неме-х полупроводниковых материалов.

R-ние пьезорезисторов м меняться под возд-ем измеряемого мех-го напряж-я в широких пределах, что позв-т непоср-но подкл-ть на их выход вторич-й измерит-й прибор.

Терморезистивные преобразователи. Уд-е R-ние чистых ме-в и бол-ва сплавов возрастает с ростом t-ры, и они имеют положит-е ТКС. Для узких диапазонов температур зависимость сопротивления от температуры можно считать линейной:

где температурный коэффициент сопротивления; Для широких диапазонов в формуле появляется квадратичный член: Магниторезистивные преобр-ли. П ри помещ-и в МП полупроводниковой пластинки с током в рез-те смещ-я зарядов образ-ся электромагн-е поле, перпендик-е по напр-ю . Это приводит к появл-ю на боковых пов-стях ЭДС: где коэффициент Холла.

Индуктивные преобр-ли. Осн-ны на пр-пе измен-я индукт-сти электромагн-й катушки в зав-сти от R-ний магнитной цепи.

где магн-я прониц-сть; кол-во витков; длина магн-го сердечника; сечение магнитного сердечника.

В случае зазора в сердечнике: где магн-я прониц-сть вакуума; магн-я прониц-сть мат-ла; в-на зазора. Измен-е индукт-ти катушки м.б. достигнуто изменением:

1. магн-го сопр-я магнитопровода путем изменения зазора. П ри перем-и подвижного сердечника 3 относ-но неподв-го 2 изменяется воздушный зазор δ. Измен-е воздуш-го зазора прив-т к измен-ю магн-го R-ния цепи и, след-но, индукт-й сост-щей R-ния обмотки 1.

2. геометрии катушки. 3. магн-й проницаемости сердечника.

Э квив-я схема катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником

потери в меди; потери на вихревые токи; собств-я емкость обмотки. опр-ся только плот-ю и длиной и не зав-т от частоты. Статич-е х-ки индуктивных преобр-лей нелинейны, поэтому их исп-т в дифференц-м включ-и. Это ув-ет чувств-сть.

Емкостные преобразователи

относ-я проницаемость диэлектрика; диэлектрическая проницаемость вакуума; площадь пластин; расст-е м/д пласт-ми. Изм-е емкости м пол-ть измен-м: 1) расст-я м/д электродами; 2) относ-й прониц-сти диэлектрика; 3) площади электродовЭквивалентная схема

проводимость утечки по постоянному току; сопротивление проводников; токоподводящая проводимость.