75422

Сенсори прискорення. Сенсори температури

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Сенсори температури. Сенсори температури Найважливішим різновидом давачів є давачі температури оскільки багато процесів у тому числі і в повсякденному житті регулюються температурою наприклад: регулювання опалення на підставі вимірювання температури теплоносія на вході і виході а також температури в приміщенні і зовнішньої температури; регулювання температури води в пральній машині; регулювання температури електропраски електроплитки духовки...

Украинкский

2015-01-12

164 KB

3 чел.

ЛЕКЦІЯ 19

Сенсори прискорення. Сенсори температури.

Сенсори прискорення.

Акселерометр (лат. accelero - прискорюю і грец. Metreo-вимірюю) - датчик, призначений для вимірювання величин лінійних прискорень, що використовуються для одержання інформації про переміщення об'єкта, і параметрів кутової орієнтації об'єкта по відношенню до вектора прискорення вільного падіння, які дозволяють визначити нахили об'єкта відносно площини горизонту. Будь-яка сучасна протиугінна система повинна мати в своєму арсеналі цей датчик, щоб контролювати переміщення автомобіля в будь-якому напрямку.

Акселерометр вимірює проекцію повного прискорення. Повне прискорення є рівнодіючою сил негравітаційної природи, що діє на масу, віднесеної до величини цієї маси. Акселерометр можна застосовувати як для того, щоб вимірювати проекції абсолютного лінійного прискорення, так і посередні проекції гравітаційного прискорення. Остання властивість використовується щоб створювати інклінометри. Акселерометр входить до складу інерційних навігаційних систем, де отримані за їх допомогою виміри інтегрують, отримуючи інерційну швидкість і координатиносія.



Рис.19.1. Схема простого акселерометра.

Схема простого акселерометра. Вантаж закріплений на пружині. Демпфер пригнічує коливання вантажу. Чим більше повне прискорення, тим сильніше деформується пружина, змінюючи покази приладу. Застосовується при випробуваннях та  експлуатації кораблів, літаків, ракет, автомобілів тощо, а також як чутливий елемент автопілотів, гіровертикалей та ін. Останнім часом завдяки поширенню знань акселерометри застосовують у манекенах для вимірювання навантаження на органи людини в екстремальних умовах. Також широко застосовується в смартфонах як і для ігрових аплікацій, так і для службових програм, наприклад деякі моделі дозволяють прийняти вхідний дзвінок легко потрусивши апарат.

Датчики прискорення (акселометри) широко застосовуються в автоматичних системах керування рухомими об’єктами, зокрема літаками, ракетами тощо. Принцип дії акселометрів грунтується на перетворенні прискорення у силу інерції відповідно до другого закону Ньютона. Далі сила перетворюється у переміщення, яке, в свою чергу, перетворюється в електричну величину (напругу, струм тощо).

Класифікація.

Розрізняють акселерометри

  •  за принципом будови:
    •  механічні
    •  електромеханічні
    •  електричні
    •  інші
  •  за видом руху:
    •  лінійні
    •  кутові
  •  за призначенням:
  •  що вимірюють прискорення як функцію
    •  часу
    •  шляху
  •  максимальні, що вимірюють:
    •  момент досягнення об'єктом заданого значення прискорення
    •  максимальне значення прискорення в швидкоплинному процесі (наприклад, за удару)

Найчутливіші та найточніші (до мільйонних часток) акселерометри застосовують саме в інерційній навігації.

Сенсори температури

Найважливішим різновидом давачів є давачі температури, оскільки багато процесів, у тому числі і в повсякденному житті, регулюються температурою, наприклад:

• регулювання опалення на підставі вимірювання температури теплоносія на вході і виході, а також температури в приміщенні і зовнішньої температури;

• регулювання температури води в пральній машині;

• регулювання температури електропраски, електроплитки, духовки і т. п.

Крім того, шляхом вимірювання темпергтури можна побічно визначати і інші параметри, наприклад потік, рівень і т. п.

Термометрія буває контактною та безконтактною.

Тіло, за допомогою вимірювання термометричної ознаки якого здійснюється вимірювання температури, називається термометричні тілом.

Наводячи термометричні тіло (датчик термометра) у стан теплового контакту з тим тілом, температуру якого необхідно виміряти, можна на підставі нульового початку термодинаміки стверджувати, що після часу, достатнього для встановлення термодинамічної рівноваги, їх температури зрівняються. Це дозволяє приписати тілу те ж значення температури, яке показує термометр. Це метод контактної термоометрії.

Безконтактний метод вимірювання температури реалізований в пірометра - прилади для вимірювання яскравісної температури тіл по інтенсивності їх теплового випромінювання. При цьому досягається рівноважний стан термодинамічної системи, що складається з самого пірометра та теплового випромінювання, що приймається ним.

Завдяки різноманіттю властивостей речовин і фізичних явищ, що залежать від температури, була створена велика кількість методів вимірювань:

  •  оптичні методи, спираються на зміні спектрального розподілу випромінювання або уширення спектральних лінії внаслідок ефекту Доплера, обумовленого тепловим рухом молекул;
  •  механічні методи, спираються на розширення твердого тіла, рідини або газу при постійному тиску, на зміну тиску насиченої пари або швидкості звуку;
  •  електричні методи, спираються на залежності від температури опору або його власного шуму, на ефекті Зеєбека або на залежності частоти коливань кварцового кристала від температури.

Таблиця1. Найпоширеніші термовимірювальні пристрої та діапазони їхнього застосування

Термометрична властивість

Найменування пристрою

Межі тривалого застосування, 0С

Нижній

Верхній

Теплове розширення

Рідинні склянні термометри

-190

600

Ділатометричне та біметалічні термометри

-30

1000

Зміна тиску

Манометричні термометри

-160

60

Зміна електричного опору

Електричні термометри опору

-200

500

Напівпровідникові термометри опору

-90

180

Термоелектричні ефекти

Термоелектричні ермометри

(термопари) стандартизовані

-50

1600

Термоелектричні ермометри

(термопари) спеціальні

1300

2500

Теплове випромінювання

Оптичні пірометри

700

6000

Радіаційні пірометри

-50

2000

Фотоелектричні пірометри

600

4000

Кольорові пірометри

1400

2800

При використанні оптичних і акустичних методів спостереження за станом середовища, де вимірюється температура, не вносять до неї жодних збурень, але область їхнього застосування обмежена, і здійснення вимірювань цими методами пов'язано з певними труднощами. Електричні методи, навпаки, мають широку область застосування та порівняно просто реалізуються, однак взаємний вплив давачаа і досліджуваного середовища часто при виконанні точних вимірювань ставить важке завдання з визначення відмінності вимірюваної температури від фактично вимірюваної, яка є температурою давача.

Різновиди терморезистивних сенсорів:

  •  металічні
  •  напівпровідникові(термістори, позистори)

При використанні таких давачів температура вимірюється, як правило, на підставі залежності електричного опору від температури. Залежно від того, зростає або спадає  електроопір давача при підвищенні температури, розрізняють напівпровідникові давачи відповідно з позитивним(PTC) чи негативні(NTC) температурним коефіцієнтом опору(ТКО)

Металеві давачи температури з нікелю або платини завжди мають позитивний ТКО. Для точного вимірювання температури в діапазоні від -200 до 850 ° С найчастіше застосовуються датчики температури з нікелю або платини. Електричний опір металевих провідників змінюється згідно рівнянню

де Rо — опір   при  0°С  (273 К), R1 — опір при температурі  T1  α — температурний коефіцієнт.

Рис. 19.2. Приклади конструкцій платинового еталонного термометра опору.

1. Платинова спіраль. 2. Кераміка. 3. Вивід. 4. Внутрішня і зовнішня платинові кріпильні трубки. 5. Захисний кожух. 6. Платиновий захисний кожух. 7. Вивід. 8. Керамічна трубка. 9. Платіновий дріт.

Термістор - напівпровідниковий резистор, електричний опір якого істотно зменшується або зростає зі зростанням температури. Для термісторів характерні великий температурний коефіцієнт опору (ТКО) (в десятки разів перевищує цей коефіцієнт у металів), простота пристрою, здатність працювати в різних кліматичних умовах при значних механічних навантаженнях, стабільність характеристик у часі. Терморезистор виготовляють у вигляді стержнів, трубок, дисків, шайб, намистин і тонких платівок переважно методами порошкової металургії; їх розміри можуть варіюватися в межах від 1-10 мкм до 1-2 см. Основними параметрами терморезистор є: номінальний опір, температурний коефіцієнт опору, інтервал робочих температур, максимально допустима потужність розсіювання.

Термопари являють собою чутливі елементи датчиків, придатні для вимірювання в діапазоні температур від 0 до 2300 ° С, причому, не дивлячись на високу роздільну здатність та точність, ціна їх невисока. Термопари виготовляють шляхом з'єднання двох різнорідних металевих проводів, наприклад, міді і Мідно-нікелевого сплаву, заліза та мідно-нікелевого сплаву або платини і платинородієвого сплаву. Дві такі термопари утворюють повний датчик. Якщо один спай завантажити, наприклад, в танучий лід (0 ° С), а другий ввести в контакт з об'єктом вимірювання, то між спаями виникає термо-ЕРС, яка становить у залежності від виду термопари 7 ... 75 мкВ / ° С ( рис. 12.3.). У давачах на основі термопар виникає ЕРС, пропорційна температурі. Це явище грунтується на ефекті Зеєбека: якщо спаї двох різнорідних металів, що утворюють замкнений електричний ланцюг, мають неоднакову температуру (Тa не дорівнює Тb), то в ланцюгу протікає електричний струм:

.

Зміна знаку у різниці температур спаїв супроводжується зміною напрямку струму.

Рис.19.3. Явище Зеєбека

Питання для контролю і засвоєння

1. Який принцип дії бінарного сенсору температури і для чого такі сенсори застосовуються?

2. Поясніть схему простого акселерометра.

3. Що називається явищем Зеєбека?

4. Що таке термопара?

5. Який принцип дії бінарного сенсору прискорення і для чого такі сенсори застосовуються?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3850. Розв’язування системи нелінійних алгебраїчних рівнянь методом простої ітерації (методом Ньютона) 63 KB
  Розв’язування системи нелінійних алгебраїчних рівнянь методом простої ітерації (методом Ньютона) Мета роботи: вивчити і засвоїти метод простої ітерації. Короткі теоретичні відомості Метод простої ітерації для розв’язування системи двох нел...
3851. Абсолютна та відносна похибка та методи оцінювання похибок 127 KB
  Чисельні методи в інформатиці: Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи «Абсолютна та відносна похибка» для студентів базового напряму «Комп’ютерні науки» спеціальності «Інформаційні управляючі системи та технології»...
3852. Розв’язування системи лінійних алгебраїчних рівнянь методом Гауса 120 KB
  Розв’язування системи лінійних алгебраїчних рівнянь методом Гауса Мета роботи: навчитись розв’язувати систему лінійних алгебраїчних рівнянь методом Гауса. Короткі теоретичні відомості Нехай задана система п лінійних рівнянь...
3853. Обчислення означених інтегралів 79 KB
  Обчислення означених інтегралів Мета роботи: вивчити методи наближених обчислень і запрограмувати алгоритми обчислення означених інтегралів. Короткі теоретичні відомості Формули прямокутників. Нехай на відрізку задана неперервна функція . Потрібно о...
3854. Метод хорд і дотичних 135 KB
  Метод хорд і дотичних Мета роботи: вивчити і засвоїти ітераційні методи розв’язування алгебраїчних і трансцендентних рівнянь. Короткі теоретичні відомості. Метод хорд. Метод хорд – метод лінійної інтерполяції (метод пропорційних частин, ме...
3855. Інтерполяційна схема Ейткена 324 KB
  Інтерполяційна схема Ейткена Мета роботи:Засвоїти теоретичний матеріалі методи апроксимації функцій, набути практичні навики знаходження наближених значень функцій. Короткі теоретичні відомості На практиці зустрічаються випадки, коли потрібно ...
3856. Розв’язування задачі Коші методом Рунге-Кутта 163 KB
  Розв’язування задачі Кошіметодом Рунге-Кутта Мета роботи: вивчити і засвоїти постановку та методи розв’язування задачі Коші. Навчитися досліджувати розв’язок , використовуючи метод Рунге-Кутта. Короткі теоретичні відомості Тільк...
3857. Методи розв’язування диференційних рівнянь у частинних похідних 130.5 KB
  Методи розв’язування диференційних рівнянь у частинних похідних Мета роботи: Засвоїти теоретичний матеріал і методи розв’язування диференційних рівнянь у частинних похідних, набути практичні навики знаходження їхніх наближених значень...
3858. Информационные возможности непрерывного канала связи 1.01 MB
  Дайте определение понятию «Информационные возможности» каналов связи на физическом уровне. Изобразите модель передачи информации по каналу с помехами с описанием количественных характеристик. Под информационными возможностями канала будем понимат...