Датчики с распределенными параметрами

Датчик температуры любой сложной структуры

(1.9)

граничное условие (на поверхности датчика):

(равенство подводимого и отводимого тепловых потоков на поверхности датчика – S),

где а_Т – коэффициент температуропроводности материала датчика;
λ – коэффициент теплопроводности материала датчика; n – нормаль к поверхности датчика; α – коэффициент конвективного теплообмена датчика со средой; t|_S – температура на поверхности датчика; t_И – измеряемая температура.

Датчик давления мембранного типа

(1.10)

граничное условие:

где Е – упругий коэффициент материала мембраны; Х – прогиб мембраны; r – текущий радиус мембраны; k – коэффициент демпфирования мембраны; m_S – погонная масса поверхности мембраны; R – радиус мембраны.

Решение уравнений (1.1) – (1.10) с разной степенью приближения для различных структур датчиков позволяет для априорно известных условий использования создавать разнообразные датчики с прогнозируемыми метрологическими характеристиками.

Для общей методологии проектирования датчиков представляется принципиальной необходимость их обоснованной классификации по существенным независимым классификационным признакам. Эта классификация не может и не должна претендовать на полное, подробное описание датчика, но должна определить его принципиальную принадлежность к классификационной группе. Классификационные признаки:

1. параметр, измеряемый датчиком;

2. агрегатное состояние объекта измерения;

3. принцип преобразования в чувствительном элементе датчика;

4. число компонент параметра (если параметр – величина векторная) или число параметров, измеряемых датчиком.

Предлагаемая классификация представлена на рис. 1.2 [2–4].

Данная общая классификация не только не исключает, но и предполагает возможность и необходимость в ряде случаев разветвленной классификации внутри каждого типа датчика.

В последние десять-пятнадцать лет обозначилась тенденция в проектировании так называемых «интеллектуальных датчиков», сдвигающих «правую границу» настолько, что каждый такой датчик превращается в автономную информационно-измерительную систему. Напомним, что латинское intellectus – познание, рассудок. К числу таких «интеллектуальных» функций относят цифровое преобразование аналоговой информации в датчике (такова в подавляющем большинстве ее естественная природа), компенсацию природных недостатков датчика (нелинейность функции преобразования, компенсация влияющих факторов), самодиагностика.

Датчик – это самостоятельное, конструктивно автономное средство измерений, размещаемое в месте отбора информации, исполняющее функцию первичного преобразования измеряемой физической величины в электрическую или электромагнитную величину, состоящее из минимально необходимого числа звеньев преобразования измеряемой величины, обладающее однозначной функцией преобразования и требуемыми для данных целей измерений взаимно согласованными (непротиворечивыми) метрологическими и надежностными характеристиками.

Дата добавления: 2015-08-13