13288

Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №4 Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения внешнего теплового потока заданного периодической пос

Русский

2013-05-11

367 KB

52 чел.

Лабораторная работа №4

Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench 

Цель исследования: Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения внешнего теплового потока, заданного периодической последовательностью прямоугольных  импульсов.

Задание на выполнение лабораторной работы

1. Теоретическая часть 

  1.  Изучить физические принципы, которые лежат в основе пироэлектрического эффекта и необходимы для понимания процесса виртуальных измерений, а также вывод формул, определяющих зависимость выходного напряжения  датчика от формы и длительности внешнего теплового импульса [1] (стр. 100-106)
    1.  Изучить работу функционального генератора и осциллографа программного пакета EWB 5.12 [2] (стр. 10-15)

2  Эксперементальная часть

2.1 Виртуальные измерения выходного напряжения пироэлектрического датчика в зависимости от параметров внешнего теплового потока и тепловой постоянной времени

2.1.1. Оптимизация работы эквивалентной схемы пироэлектрического датчика     

         

         а)   Собрать  схему  рис.1.1.

Рис.1.1 Эквивалентная схема пироэлектрического датчика

б) Установить на панели функционального генератора режим последовательности прямоугольных импульсов; частоту повторения импульсов  (frequency) – 0.5 Гц; отношение длительности импульса  к периоду импульсной последовательности  в процентах (duty cycle) – 25%; амплитуду импульса (amplitude) – 5 В.  

в) Установить значения сопротивления  = 1кОм и ёмкости  =  0.2 мФ.

г) Установить на панели осциллографа режим: «открытого» входа (DC), временной развёртки (Y/T) с длительностью (TIME BASE)  0.5сек/дел.(0.5s/div), ждущий (TRIGGER) с запуском развёртки (EDGE) по переднему фронту запускающего сигнала (левая кнопка), автоматический (AUTO).

д) Установить на панели осциллографа чувствительность для сигнала функционального генератора (внешнего теплового импульса) в канале A (channel A)  10 В/дел.(10 V/div.) и сместить его (Y POSITION) его вниз  на  2.

е) Установить на панели осциллографа чувствительность для выходного сигнала  (выходное напряжение пироэлектрического датчика) в канале В (channel B)  50 В/дел.(50 V/div.) и сместить его (Y POSITION) вверх на 2.    

ж) Выделить и запомнить часть графика выходного сигнала, которая должна соответствовать формуле

                              (1),

где  .

2.1.2 Виртуальные измерения зависимости выходного сигнала пироэлектрического датчика от длительности теплового импульса  

        

а) Собрать схему рис. 1.1

б) Установить на панели функционального генератора режим последовательности прямоугольных импульсов; частоту повторения импульсов  (frequency) – 0.5 Гц; амплитуду импульса (amplitude) – 5 В.

Пункты в) – е) соответствуют пунктам в) – е) из 2.1.1

ж)  Меняя на панели функционального генератора отношение (duty cycle) от 10% до 50% с шагом 10%, получить и запомнить на панели осциллографа  5 графиков выходного сигнала.

= 10%

= 20%

= 30%

= 40%

= 50%

2.1.3 Виртуальные измерения зависимости выходного сигнала пироэлектрического датчика от частоты повторения тепловых импульсов           

         

а)   Собрать  схему  рис.1.1.

б) Установить на панели функционального генератора режим последовательности прямоугольных импульсов; отношение длительности импульса  к периоду импульсной последовательности  в процентах (duty cycle) – 25%; амплитуду импульса (amplitude) – 5 В.  

         

Пункты в) – е) соответствуют пунктам в) – е) из 2.1.1

ж) Меняя на панели функционального генератора частоту повторения импульсов  (frequency) от 0.3 Гц до 1.1 Гц с шагом 0.2 Гц получить и запомнить на панели осциллографа 5 графиков выходного сигнала

= 0.3 Гц

= 0.5 Гц

= 0.7 Гц

= 0.9 Гц

= 1.1 Гц

2.1.4 Виртуальные измерения зависимости выходного сигнала пироэлектрического датчика от тепловой постоянной времени      

Пункты а), б), г), д) соответствуют  пунктам а), б), г), д) из 2.1.1

в) Меняя сопротивление  от 0.4 до 1.2 Ом с шагом 0.2 Ом получить и запомнить на панели осциллографа 5 графиков выходного сигнала          

= 0.4 Ом

= 0.6 Ом

= 0.8 Ом

= 1.0 Ом

= 1.2 Ом

         

Контрольные вопросы к работе

  1.  Какие материалы называются пироэлектриками?
  2.  Каков физический принцип действия пироэлектрического датчика

    и чем он отличается от физического принципа действия термопары?

  1.  Что такое первичное пироэлектричество?
  2.  Что такое вторичное пироэлектричество?
  3.  Какова эквивалентная схема пироэлектрического датчика?
  4.  Какова формула для выходного напряжения пироэлектрического датчика при воздействии на него последовательности прямоугольных тепловых импульсов?
  5.  Как определяется тепловая постоянная времени?

Ответы на вопросы:

  1.  Пироэлектрики- это материалы с кристаллической структурой, в которых при воздействии на них тепловым потоком появляются электрические заряды.
  2.  Пироэлектрический детектор можно представить в виде конденсатора, электрически заряжающегося от потока тепла. Этому датчику требуется лишь соответствующая интерфейсная электронная схема для измерения заряда. В отличие от термопар( термоэлектрических устройств), на выходе которых появляется постоянное напряжение, когда два спая различных металлов находятся при стационарной, но разной температуре, в пироэлектриках формируется заряд в ответ на изменение температуры. Также пироэлектрические устройства являются детекторами потока тепла, т.к. изменение температуры происходит при перемещении тепловых волн.
  3.  Первичное пироэлектричество- изменение ориентации диполей из- за их возбуждения при повышении температуры. Также изменение температуры может привести к удлинению или укорачиванию отдельных диполей.
  4.  Вторичное пироэлектричество- следствие пьезоэлектрического эффекта(например, возникновение напряжения в материале из-за теплового расширения).

  1.   

Пояснение схемы: схема состоит из следующих компонентов: а)источник тока – J,  приводящего к появлению тепла;

б)емкости детектора – C;

в)сопротивление утечки – R;

  1.  Q      r 0/h, где РQ- пироэлектрический коэффициент по заряду, А- площадь датчика, Се- емкость датчика, r- диэлектрическая проницаемость, 0- электрическая постоянная, h- толщина датчика.
  2.  Т= CR=cAhR, где С- теплоемкость, R- тепловое сопротивление, с- удельная теплоемкость чувствительного элемента.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24627. Облік касових операцій підприємства 34 KB
  Надходження грошей в касу оформляється прибутковим касовим ордером який підписує гол бухгалтер і касир завіряється печаткою про приймання грошей видається квитанція. Касові ордери до передачі у касу той хто їх виписує реєструється у журналі реєстрації прибуткових і видаткових касових документів.покупця по векселю шляхом внесення готівки в касу 301 34 2.надійшли у касу пеніштрафи і від реаліз.
24628. Облік грошових коштів на поточних рахунках в банках 37 KB
  Облік грошових коштів на поточних рах. Для зберігання вільних грошових коштів і проведення безготівкових розрахунків підприємствам організаціям громадянам суб'єктам підприємницької діяльності в банках відкривають поточні рахунки згідно з Інструкцією №3 Про відкриття банками рахунків у національній і іноземній валюті затвердженою постановою правління Національного банку України. З поточного рахунка оплачуються операції що забезпечують виробничогосподарську комерційну та іншу діяльність; розрахунки за товарноматеріальні цінності з...
24630. Порядок нарахування з/п за невідпрацьований на підпр-ві час. Нарахування єдиного соціального внеску 31.5 KB
  Відповідно до кодексу законів про працю оплата за невідпрацьований час і за особливі умови праці передбачає різноманітні види оплат. Відрядникам доплата здійснюється за всі понад нормові години в розмірі 100 тарифної ставки за погодинною системою компенсація шляхом надання відпустки не допускається. оплата часу освоєння нової продукції здійснюється за середнім заробітком за попередні 6 місяців оплата при переведені на нижче оплачу вальну роботу та при переміщенні. При переміщенні працівника може знижуватись заробіток із незалежних від...
24631. Організація документування господарських операцій та документообігу 38.5 KB
  Документація це спосіб суцільного і безперервного відображення обєктів бух обліку шляхом використання бухгалтерських документів. У випадках установлених законодавством а також Міністерствами і відомствами бланки первинних документів можуть бути віднесені до бланків суворої звітності. Керівник також встановлює перелік осіб які мають право підпису грошових документів. Ці особи несуть відповідальність за своєчасне і якісне складання документів.
24632. Облік запасів підприємництва 31 KB
  Згідно з ПсБО 9 запаси це активи які: 1 утримуються для подальшого продажу 2 перебувають у процесі вирва з метою подальшого продажу продукту вирва 3 утримуються для споживання під час вирва продії виконання робітта надання послуг а також управління вирвом. Обліку запаси включають: 1 сировину і основні матеріали 201 2 купівельні напівфабрикати та комплектуючі вироби 202 3 паливо 203 4 тара і тарні матеріали 204 5 будівельні матеріали 205 6 матеріали передані в переробку 206 7 запчастини 207 8матеріали г...
24633. Облік основних засобів 30 KB
  Облік основних засобів.Основні засобиїх класифікація і оцінка Методологією обліку основних засобів визначає ПсБО7Основні засоби. Обєкт основних засобів це закінчений пристрій з усіма пристосуваннями або окремий конструктивно відокремлений предмет що призначений для виконання певних самостійних функцій. Облік основних засобів ведеться на активному балансовому рахунку 10 основні засоби.
24634. Облік нематеріальних активів 29 KB
  Облік нематеріальних активів Методологію обліку нематеріальних активів визначає ПсБО 8 нематеріальні активи Нематеріальний актив це актив який немає матеріальної форми може бути ідентифікований та утримується підприємством з метою використання на протязі більше одного року. Бух облік немат активів ведеться щодо кожного обєкта за такими групами: А права користування природними ресурсами Б права користування майном В права на знаки для товарів і послуг тов.знаки торгові марки фірмові назви і т д Г права на обєкти промислової...
24635. Особливості обліку МШП терміном експлуатації до і більше 1 року 32.5 KB
  Положенням стандартом 9 передбачено що з метою бухгалтерського обліку запаси включають:малоцінні і швидкозношувані предмети які використовуються не більше одного року або одного операційного циклу якщо він більше року. Малоцінні і швидкозношувані предмети строк корисного використання яких більше одного року обліковуються в складі інших необоротних матеріальних активів. Організація обліку малоцінних і швидкозношуваних предметів зі строком корисного використання менше одного року або одного операційного циклу повинна повністю...