Генераторные

1. Термоэлектрические (термопары)

Действие термоэлектрических датчиков основано на явлении возникновения термо-ЭДС () в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников спаянных на концах, если точки их соединения имеют разную температуру (t₁иt₂). При этом величина будет зависеть от разности t₂-t₁. Если поддерживать температуруt₁одной точки постоянной, то термо-ЭДС будет определяться только температурой второй точкиt₂, т.е. = f(t₂). В этом случае, шкалу милливольтметра, измеряющего термо-ЭДС, можно сразу отградуировать в градусах. Термопары изготовляют из специальных сплавов, например, платинородий-платина, медь-константант, хромель-копель и используют для измерения температур в широком диапазоне; в медицине - для измерения температур внутри тканей, полостей и органов.

2. Индукционные

Действие индукционных датчиков основано на явлении электромагнитной индукции. т.е. возникновении ЭДС индукции () в контуре при изменении магнитного потока (), пронизывающего данный контур. Величина ЭДС определяется законом электромагнитной индукции. Обычно индукционные датчики используют для измерения скорости, а если полученный сигнал продифференцировать (проинтегрировать), то и для измерения ускорения (перемещения). Их также применяют для регистрации легочной вентиляции, параметров вибраций, снятия баллистокардиограмм.

3. Пьезоэлектрические

Пьезоэлектрические датчики основаны на прямом пьезоэффекте - появлении электрических зарядов на гранях пьезокристаллов при их механической деформации, что приводит к разности потенциалов между гранями. Основным элементом является пьезокристалл, например: кварц, сегнетова соль, керамика ЦТС. Они используются для измерения быстроизменяющихся величин, механических напряжений, автоматического измерения артериального и венозного давлений, записи пульса лучевой артерии (сфигмометры), фонокардиограмм.

4. ОПТИЧЕСКИЕ

В основе их действия лежит явлении фотоэффекта. Они представляют собой вакуумные или полупроводниковые фотоэлементы (фотодиоды). Применяются для измерения световых потоков малой интенсивности, биолюминесценции, для усиления яркости изображений и визуализации рентгеновских и инфракрасных излучений, измерения концентрации, фотоколориметрии.

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ

5. РЕОСТАТНЫЕ

Основным элементом данных датчиков является реостат, провод которого обладает высоким удельным сопротивлением. При перемещении движка реостата, включенного в электрическую цепь, изменяется его активное сопротивление, и следовательно ток в цепи. Поэтому реостатные датчики можно использовать для измерения линейных и угловых перемещений, давлений, усилий и других величин, которые могут быть преобразованы в перемещение, например, для измерения параметров системы дыхания.

6. ЁМКОСТНЫЕ

Основным элементом является конденсатор. Под воздействием входной величины может изменяться взаимное расположение обкладок конденсатора или диэлектрическая проницаемость вещества, расположенного между обкладками, что приводит к изменению ёмкости и ёмкостного сопротивления. Ёмкостные датчики применяют для измерения малых перемещений и толщин, уровней жидкости, влажности, состава вещества.

7. ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ

Они основаны на явлении тензоэффекта, т.е. изменении активного сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации. Основным элементом является материал с высоким коэффициентом относительной тензочувствительности. Применяются для измерения деформаций, механических напряжений, усилий, моментов сил, давлений внутри сосудов и в полости сердца, параметров системы дыхания, снятия пневмограмм, в стоматологии.

8. ИНДУКТИВНЫЕ

Индуктивные датчики основаны на зависимости индуктивности (или взаимной индуктивности) от положения отдельных элементов магнитопровода. Датчики представляют собой электромагниты с незамкнутым сердечником и подвижным якорем, положение которого главным образом влияет на индуктивность. Их можно использовать для измерения любых величин, приводящих к перемещению якоря: усилий, давлений, моментов, упругих свойств материалов, артериального давления, они применяются в ортопедии и хирургии.

9. ТЕРМОРЕЗИСТОРНЫЕ

Они основаны на зависимости активного сопротивления проводников и полупроводников от температуры. Используются для измерения температуры, скорости потоков, плотности, состава, теплопроводности вещества.

10. ФОТОРЕЗИСТОРНЫЕ

Они основаны на зависимости сопротивления полупроводника от освещенности и других световых характеристик (внутренний фотоэффект). Применяются для определения концентрации окси-гемоглобина в периферической артериальной крови, кровенаполнения тканей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕТОДОМ НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ (МНК)

Прежде, чем рассматривать применение МНК к конкретным ситуациям, ознакомьтесь (повторите) МНК по указанной выше литературе. В рассматриваемых ниже приложениях, МНК позволяет получить аналитические зависимости характеристик датчиков, аппроксимируя их различными соотношениями.

Освещенность фотодатчика связана с расстоянием от него до источника света (l). Характеристика фотодатчика (соотношение расстояниеl- сила тока I) может быть описана формулойI=f(l). Для данного датчика в широком диапазоне расстояний выполняется соотношение

(1),

которое можно преобразовать к виду

(2)

или

(3),

где =k/a,=b/a.

Методом наименьших квадратов по экспериментальным точкам легко найти значения коэффициентов и. Для этого перейдем к обратным величинам в левой и правой частях уравненияI=f(l).

(4),

где = 1/I. Мы совершили преобразование от обратной зависимостиI=f(l) к прямой=g(l).

Для индуктивного датчика зависимость силы тока от перемещения линейная (=I) поэтому его характеристикаI=f(l) имеет вид

I=l + (5).

Т.е. при в расчетах используется величина I, а не обратная величина. При этом характеристика индуктивного датчика также может быть записана=g(l) приI=.

Найдем сумму квадратов разностей между экспериментальными и эмпирическими точками

(6)

(7)

и потребуем, что бы значение суммы было наименьшим U=min(N– количество экспериментальных точек,l_i– расстояние и_i– значение функции в этих точках). Наложенному условию удовлетворяет такая величинаU, частные производные которой поaиравны 0. Для определения коэффициентов, выпишем их в явном виде и решим полученную систему уравнений:

(8)

Из (8) и (9) найдем выражения для коэффициентов соотношения (3) для фотодатчика.

(9)

(10).

Выражения для коэффициентов индуктивного датчика, найденные методом наименьших квадратов есть

(11)

Где выражения для zисовпадают с (10), и определяются уравнениями (12)

(12).

Подстановка полученных значений в (4) и (5) дает выражения для характеристик конкретных датчиков.