10.4: Резистивні датчики

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 10.3: Перетворення біологічної енергії
- 10.5: Електрофлюїдика

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Датчики можуть бути виготовлені з ємнісних, індуктивних або резистивних матеріалів. Ці датчики можуть включати пряме перетворення енергії або можуть включати кілька процесів перетворення енергії. У розділах 2 і 3 були розглянуті пристрої ємнісного перетворення енергії. Ємність $C$ паралельного пластинчастого конденсатора задається

$C= \frac{\epsilon A}{d_{thick}}. \nonumber$

Якщо діелектрична проникність $\epsilon$ $A$ , площа поперечного перерізу або поділ пластин $d_{thick}$ змінюються щодо будь-якого ефекту, ми можемо зробити ємнісний датчик. Ємнісні датчики - це калібровані пристрої, які передбачають перетворення енергії між електрикою та поляризацією матеріалу. Хоча більшість індуктивних пристроїв перетворення енергії виходять за рамки цієї книги, кілька таких пристроїв були розглянуті в розділах 4 і 5. $L$ Індуктивність одного обороту індуктора задається

$L= \frac{\mu d_{thick}}{w}. \nonumber$

Якщо проникність $\mu$ $d_{thick}$ , товщина або ширина $w$ змінюються щодо будь-якого ефекту, ми можемо зробити індуктивний датчик, який використовує перетворення енергії між електрикою та магнітною енергією. Аналогічно опір $R$ рівномірного резистивного пристрою задається

$R= \frac{\rho l}{A}. \nonumber$

Якщо питомий опір $\rho$ $l$ , довжина або площа поперечного перерізу $A$ змінюються щодо будь-якого ефекту, ми можемо зробити резистивний датчик. При подачі струму через резистивний датчик енергія перетворюється з електрики в тепло, а резистивний датчик калібрується так, щоб дане падіння напруги відповідало відомому зміні якогось параметра.

Доступно багато резистивних датчиків. Потенціометр - це змінний резистор. У міру протікання через нього струму енергія перетворюється з електрики в тепло. При повороті ручки потенціометра довжина матеріалу, через який протікає струм, змінюється, тому швидкість перетворення енергії через пристрій змінюється. Детектор температури опору перетворює різницю температур в електрику [37, с. 88]. Датчики температури опору працюють на основі ідеї ефекту Томсона, розглянутої в розділі 8.5.1. У цих пристроях питомий опір змінюється в залежності від температури. При нанесенні деформації на резистивний тензодатчик змінюється як довжина, так і площа поперечного перерізу приладу. Датчики гарячого дроту Пірані використовуються для вимірювання тиску в середовищах низького тиску [37, с. 97]. У калібрі Пірані струм подається через металеву нитку, і нитка розжарювання нагрівається. Коли молекули повітря потрапляють на нитку, тепло передається від неї. Опір нитки розжарювання залежить від температури, і нитка швидше охолоджується в середовищі з більшою кількістю молекул повітря, ніж в середовищі при меншому тиску. Контролюючи опір нитки розжарювання, можна визначити тиск.