Preguntas de conocimientos generales para primer grado
Preguntas de sentido común sobre el sensor 1. Problemas en la aplicación de sensores
Hablaré del efecto piezoeléctrico y del efecto fotoeléctrico 1. El efecto piezoeléctrico se puede dividir en efecto piezoeléctrico positivo y efecto piezoeléctrico inverso.
El efecto piezoeléctrico positivo significa que cuando el cristal se somete a una fuerza externa en una dirección fija, se produce polarización interna, y se generan cargas de signos opuestos en ambas superficies al mismo tiempo; se retira, el cristal vuelve a un estado sin carga; cuando la dirección de la fuerza externa cambia, la polaridad de la carga también cambia la cantidad de carga generada por la fuerza sobre el cristal es proporcional a la magnitud de la fuerza externa; Los sensores piezoeléctricos están hechos en su mayoría de efecto piezoeléctrico positivo.
El efecto piezoeléctrico inverso se refiere al fenómeno de deformación mecánica de los cristales provocado por campos eléctricos alternos, también conocido como efecto electroestrictivo. Los transmisores fabricados con efecto piezoeléctrico inverso se pueden utilizar en ingeniería electroacústica y ultrasónica.
Hay cinco formas básicas de deformación por tensión en elementos sensores piezoeléctricos: deformación de espesor, deformación de longitud, deformación de volumen, corte de espesor y corte plano (ver figura). Los cristales piezoeléctricos son anisotrópicos y no todos los cristales pueden producir efectos piezoeléctricos en estos cinco estados.
Por ejemplo, el cristal sensible al tiempo no tiene efecto piezoeléctrico de deformación de volumen, pero tiene buenos efectos piezoeléctricos de deformación de espesor y deformación de longitud. Un sensor basado en el efecto piezoeléctrico de los dieléctricos se denomina sensor piezoeléctrico. 2. El efecto fotoeléctrico (1) resume el efecto de la superficie metálica que emite electrones bajo la acción de la irradiación de luz. Los electrones emitidos se denominan fotoelectrones.
Solo cuando la longitud de onda de la luz es menor que un cierto valor crítico, se pueden emitir electrones, que es la frecuencia límite y la longitud de onda límite. El valor crítico depende del material metálico y la energía del electrón emitido depende de la longitud de onda de la luz, independientemente de la intensidad de la luz, y no puede explicarse por la fluctuación de la luz.
También existe una contradicción con la fluctuación de la luz, que es el carácter instantáneo del efecto fotoeléctrico. Según la teoría de la fluctuación, si la luz incidente es débil y el tiempo de irradiación es largo, los electrones del metal pueden acumular suficiente energía y salir volando de la superficie del metal. Pero el hecho es que mientras la frecuencia de la luz sea alta y la frecuencia límite del metal sea alta, no importa si el brillo de la luz es fuerte o débil, la generación de fotones es casi instantánea y no excede de diez a negativos. el noveno poder.
La explicación correcta es que la luz debe estar compuesta de unidades de energía estrictamente definidas (es decir, fotones o cuantos de luz) relacionadas con la longitud de onda. Esta explicación fue propuesta por Einstein.
El efecto fotoeléctrico fue descubierto por el físico alemán Hertz en 1887 y es la base para el desarrollo de la teoría cuántica. Bajo la irradiación de luz, el fenómeno de los electrones en un objeto que es expulsado se llama efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico se puede dividir en emisión de fotoelectrones, efecto de fotoconductividad y efecto fotovoltaico.
El primer fenómeno ocurre en la superficie de un objeto y también se llama efecto fotoeléctrico externo. Los dos últimos fenómenos ocurren dentro de los objetos y se denominan efectos fotoeléctricos internos.
(2) Explique las reglas experimentales del ① efecto fotoeléctrico. a. El número de fotoelectrones emitidos por el cátodo (el material metálico que emite fotoelectrones) es proporcional a la intensidad de la luz de iluminación.
B. La velocidad inicial de los fotoelectrones que salen del objeto está relacionada con la frecuencia de la luz que irradia, pero no tiene nada que ver con la intensidad luminosa. En otras palabras, la energía cinética inicial de los fotoelectrones sólo está relacionada con la frecuencia de la luz irradiada y no tiene nada que ver con la intensidad luminosa.
C. Sólo cuando la frecuencia de la luz que ilumina el objeto no es inferior a un determinado valor, el objeto puede emitir fotoelectrones. Esta frecuencia se denomina frecuencia límite (o frecuencia de corte) y la longitud de onda correspondiente λ. Se llama longitud de onda límite roja.
Las frecuencias límite de diferentes sustancias". Y la longitud de onda límite roja correspondiente λ.
Es diferente. Las longitudes de onda límite roja de varios materiales metálicos: Au, Cs, Na, Zn , Ag, Pt, longitud de onda límite roja (Angstrom) 6520 5400 3720 2600 1960 d. Se sabe por experimentos que el proceso de generación de fotocorriente es muy rápido, generalmente menos de 10e-9 segundos cuando se detiene la irradiación de luz; inmediatamente /p>
Esto muestra que el efecto fotoeléctrico es instantáneo ② La ecuación de Einstein explica el efecto fotoeléctrico: según la teoría de Einstein, cuando un fotón brilla sobre un objeto, su energía puede ser absorbida completamente por un electrón en el objeto.
Después de que el electrón absorbe la energía del fotón hυ, la energía aumenta y no hay necesidad de acumular energía si la energía hυ absorbida por un electrón es lo suficientemente grande como para superar la energía (energía de ionización) que necesito. salir de un átomo y salir de la superficie del objeto. Cuando la función de trabajo (o función de trabajo) w, entonces el electrón puede escapar de la superficie del objeto y convertirse en un fotoelectrón.
La ecuación de Einstein es hυ=(1/2). mv2+I+W, donde (1/2)mv2 es la energía cinética inicial del fotoelectrón que sale del objeto. Hay una gran cantidad de electrones libres en los metales, lo cual es una. característica de los metales, por lo que para los metales, el término I se puede omitir, la ecuación de Einstein se convierte en hυ=(1/2)mv2+W Si hυ.
Para un determinado metal, la frecuencia de luz mínima (límite). frecuencia) υ0 que produce el efecto fotoeléctrico está determinado por h υ 0 = w. La longitud de onda límite roja correspondiente es λ 0 = c/υ 0 = HC/w. irradiando el objeto, por lo que el número de fotoelectrones emitidos es proporcional a la intensidad de la luz irradiada.
③Los tubos fotomultiplicadores se pueden fabricar utilizando el efecto fotoeléctrico. Los tubos fotomultiplicadores pueden convertir destellos de luz en pulsos eléctricos amplificados, que. Luego se envían a circuitos electrónicos y se registran.
Fórmula Utilice la siguiente fórmula para analizar cuantitativamente el efecto fotoeléctrico según el método de Einstein: Energía del fotón = energía necesaria para eliminar un electrón + energía cinética de los electrones emitidos Forma algebraica: donde h es la constante de Planck, f es. la frecuencia de los fotones incidentes es la función de trabajo, la energía mínima requerida para eliminar un electrón de un enlace atómico es la energía cinética máxima del electrón emitido y f0 es la frecuencia umbral del efecto fotoeléctrico. m es la masa en reposo del electrón emitido y vm es la velocidad del electrón emitido. Nota: Si la energía del fotón (hf) no es mayor que la función de trabajo (φ), el electrón no será emitido. Las funciones laborales a veces se denominan w.
Cuando esta fórmula no concuerda con las observaciones (es decir, no se emiten electrones o la energía cinética de los electrones es menor de lo esperado), puede deberse a que el sistema no es completamente eficiente y parte de la energía se pierde en forma de calor o radiación. Einstein ganó el Premio Nobel de Física por descubrir el efecto fotoeléctrico.
2. Puntos clave del diagnóstico de fallas del sensor
1. Una falla en el cable de alimentación de la computadora empeorará el rendimiento del motor del automóvil y reducirá la economía. computadora, primero debe verificar el cable de alimentación. (El cable de alimentación debe incluir el cable de tierra y considerarse un cable de alimentación completo).
2. Si la señal de voltaje del sensor de oxígeno es superior al valor estándar, el sensor puede estar contaminado, lo que en muchos casos enriquecerá la relación aire-combustible.
3. Si la señal de voltaje del sensor de oxígeno es inferior al valor estándar, el sensor puede estar defectuoso, lo que hará que la relación aire-combustible del motor sea demasiado pobre.
4. Se debe utilizar un multímetro digital u osciloscopio al comprobar el sensor de oxígeno.
5. Si el calentador del sensor de oxígeno está defectuoso, puede extender el tiempo de funcionamiento de circuito abierto del motor y aumentar el consumo de combustible.
6. El funcionamiento del sensor de temperatura del refrigerante del motor se puede comprobar con un medidor digital o analógico.
7. En algunos circuitos ECT de computadora, se controla una resistencia interna para cambiar el voltaje en el sensor a una determinada temperatura del motor. Si el voltaje en este momento es anormal durante el proceso de medición, no significa que el sensor esté defectuoso.
8. Se pueden utilizar exactamente los mismos procedimientos operativos para probar el sensor de temperatura del refrigerante del motor y el sensor de temperatura del aire. Lo único que hay que tener en cuenta es que sus curvas de cambio de temperatura son diferentes, por lo que no habrá el mismo voltaje. señal.
9. Cuando se abre el acelerador y se comprueba la señal de voltaje del sensor de posición del acelerador, se puede comprobar la estabilidad del sensor vibrando con la intensidad adecuada. Este método es muy eficaz para ciertos fallos de conexión virtual del circuito.
10. Muchos sensores de posición del acelerador de cuatro cables incluyen un interruptor de posición de ralentí, que se utiliza para proporcionar información sobre el estado de funcionamiento del motor a la unidad de control del motor cuando el acelerador está en la posición de ralentí.
11. En algunos casos, cuando el acelerador está en la posición de ralentí, puede aflojar el tornillo de fijación del sensor de posición del acelerador y girar la carcasa del sensor para ajustar la señal de voltaje.
12. Si el sensor de presión absoluta del colector de admisión emite una señal de frecuencia, no puede ser detectado por un multímetro normal.
13. Muchos sensores de presión absoluta del colector de admisión emiten una señal de voltaje convertida a partir de la presión atmosférica. Esta señal se puede verificar encendiendo el interruptor de encendido. (Este método solo puede probar que el sensor aún puede funcionar. Si la precisión de salida disminuye, este método no puede detectarlo).
14. Debe haber un cierto grado de vacío dentro del sensor. En la mayoría de los casos, se puede determinar detectando su señal de salida cada 10 kPa.
15. Al medir la señal de voltaje del sensor de flujo de entrada de aire de la paleta, puede verificar cuándo la paleta del sensor cambia de completamente cerrada a completamente abierta para observar el valor de voltaje y la continuidad de la señal de salida.
16. Algunos sensores de flujo de aire de admisión con resistencias térmicas o cables calientes proporcionan señales de voltaje de diferentes frecuencias desde la computadora del motor. Este tipo de sensor solo se puede verificar en busca de voltaje con un multímetro que pueda probar la frecuencia.
17. La señal de voltaje del sensor de posición de la válvula de recirculación de gases de escape cambiará de 0,8 V cuando la válvula está cerrada a 4,5 V cuando la válvula está completamente abierta.
18. La computadora utiliza la señal del sensor de velocidad del vehículo para controlar el embrague del convertidor de par, cambiar de marcha durante la conducción y recopilar datos de la computadora de conducción.
De hecho, hay muchas cosas en nuestro trabajo que vale la pena recordar y resumir. Los anteriores son solo fenómenos típicos en aplicaciones prácticas. Espero que puedan ayudarlo.
Si algún amigo ha encontrado sensores especiales en el trabajo, también puedes enviárselos para recordarles a todos que eviten muchos desvíos.
3. ¿Cuáles son las características del sensor?
Características del sensor:
En primer lugar, el sensor es estático
Las características estáticas del sensor se refieren a la relación entre la salida y la entrada del sensor. para una señal de entrada estática. Dado que la entrada y la salida no tienen nada que ver con el tiempo, la relación entre ellas, es decir, las características estáticas del sensor, se puede describir mediante una ecuación algebraica sin variables de tiempo, o mediante una curva característica dibujada con la entrada como abscisa y la salida correspondiente como se describe en la ordenada. Los principales parámetros que caracterizan las características estáticas de un sensor son la linealidad, la sensibilidad, la histéresis, la repetibilidad y la deriva.
1. Linealidad: se refiere al grado en que la curva de relación real entre la salida y la entrada del sensor se desvía de la línea recta ajustada. Se define como la relación entre la desviación máxima entre la curva característica real y la línea recta ajustada y el valor de salida de escala completa dentro del rango de escala completa.
2. Sensibilidad: La sensibilidad es un indicador importante de las características estáticas del sensor. Se define como la relación entre un aumento en la producción y el correspondiente aumento en los insumos que causaron ese aumento. Representemos la sensibilidad.
3. Histéresis: en el proceso en el que la cantidad de entrada cambia de pequeña a grande (carrera hacia adelante) y la cantidad de entrada cambia de grande a pequeña (carrera inversa), el fenómeno de las curvas características de entrada y salida. del sensor no se superponen se llama histéresis. Para la misma señal de entrada, las señales de salida de carrera delantera y trasera del sensor no son iguales en tamaño. Esta diferencia se llama diferencia de histéresis.
4. Repetibilidad: La repetibilidad se refiere al grado en que las curvas características obtenidas son inconsistentes cuando la entrada del sensor cambia continuamente en la misma dirección varias veces.
5. Deriva: La deriva del sensor significa que la salida del sensor cambia con el tiempo cuando la entrada permanece sin cambios, lo que se llama deriva. Hay dos razones para la deriva: una son los parámetros estructurales del propio sensor; la otra es el entorno circundante (como temperatura, humedad, etc.).
6. cambia desde un valor distinto de cero Al aumentar, la salida cambia significativamente después de exceder un cierto incremento. Este incremento se llama resolución del sensor, es decir, el incremento mínimo de entrada.
7. Umbral: cuando la entrada del sensor aumenta lentamente desde cero, la salida cambia significativamente después de alcanzar un cierto valor. Este valor se denomina voltaje umbral del sensor.
En segundo lugar, la dinámica del sensor
Las llamadas características dinámicas se refieren a las características de la salida del sensor cuando cambia su entrada. En el trabajo real, las características dinámicas de un sensor suelen estar representadas por su respuesta a algunas señales de entrada estándar. Esto se debe a que la respuesta del sensor a una señal de entrada estándar se obtiene fácilmente mediante experimentos. Existe una cierta relación entre su respuesta a la señal de entrada estándar y su respuesta a cualquier señal de entrada. Esta última a menudo se puede inferir conociendo la primera. Las señales de entrada estándar más comúnmente utilizadas son señales escalonadas y señales sinusoidales, por lo que las características dinámicas del sensor también se expresan comúnmente en términos de respuesta escalonada y respuesta de frecuencia.
En tercer lugar, linealidad
Por lo general, la salida característica estática real del sensor es una curva en lugar de una línea recta. En el trabajo real, para que el instrumento tenga una lectura de escala unificada, a menudo se utiliza una línea recta ajustada para aproximar la curva característica real, y la linealidad (error no lineal) es un índice de rendimiento de esta aproximación.
Hay muchas maneras de elegir una línea recta para encajar. Por ejemplo, la línea recta teórica que conecta los puntos de entrada cero y salida de escala completa se utiliza como línea recta de ajuste o la línea recta teórica con la desviación cuadrada más pequeña de cada punto en la curva característica se utiliza como línea recta de ajuste; que se llama línea recta de ajuste de mínimos cuadrados.
Cuarto, sensibilidad
La sensibilidad se refiere a la relación entre el cambio de salida del sensor Δy y el cambio de entrada Δx en condiciones de funcionamiento de estado estable.
Es la pendiente de la curva característica salida-entrada. Si existe una relación lineal entre la salida y la entrada del sensor, entonces la sensibilidad S es una constante. De lo contrario, cambiará a medida que cambie la entrada.
La dimensión de la sensibilidad es la relación entre las dimensiones de la salida y la entrada. Por ejemplo, cuando el desplazamiento del sensor de desplazamiento cambia en 1 mm y el voltaje de salida cambia en 200 mV, su sensibilidad debe expresarse como 200 mv/mm.
Cuando la salida y la entrada del sensor son del mismo tamaño, la sensibilidad puede entenderse como el factor de amplificación.
Aumenta la sensibilidad y obtén mayor precisión de medición. Pero cuanto mayor es la sensibilidad, más estrecho es el rango de medición y peor es la estabilidad.
Verbo (abreviatura de verbo) resolver
La resolución se refiere a la capacidad del sensor para detectar el cambio más pequeño en el valor medido. Es decir, si la cantidad de entrada cambia lentamente desde un valor distinto de cero. Cuando el valor de cambio de entrada no excede un cierto valor, la salida del sensor no cambiará, es decir, el sensor no puede distinguir este cambio de entrada. Su salida solo cambiará si la entrada cambia más que la resolución.
Por lo general, la resolución de cada punto del sensor es diferente dentro del rango de escala completa, por lo que a menudo se mide por el valor de cambio máximo de la entrada que puede hacer que la salida cambie paso a paso dentro del rango completo. rango de escala. Si la métrica anterior se expresa como un porcentaje de la escala completa, se llama resolución. La resolución está inversamente relacionada con la estabilidad del sensor.
4. ¿A qué cuestiones hay que prestar atención a la hora de elegir un sensor de vibración?
Seleccionar el mejor sensor de aceleración para el mantenimiento predictivo puede ser una tarea difícil incluso para los ingenieros más experimentados.
Este proceso normalmente se puede filtrar a nueve preguntas. Pregunta 1: ¿Qué quieres probar? ¿Qué es lo que realmente quieres medir? En otras palabras, ¿qué quieres hacer? ¿Qué esperas ganar? ¿Qué vas a hacer con estos datos? Los acelerómetros monitorean la vibración y proporcionan datos de vibración sin procesar, mientras que los transmisores de vibración proporcionan valores cuadráticos medios (RMS).
Analizar los datos de vibración sin procesar es útil porque contiene toda la información sobre la señal de vibración, la verdadera amplitud máxima y la frecuencia de vibración. Dado que el valor total o pico del valor efectivo es una señal continua de 4-20 mA, es muy útil en sistemas PLC, DCS, SCADA y sistemas de control PI.
Algunas aplicaciones utilizan ambas señales al mismo tiempo. Al identificar las diversas señales requeridas por su aplicación, puede limitar significativamente su búsqueda.
Además, a la hora de medir la vibración, ¿deberíamos utilizar la aceleración, la velocidad o el desplazamiento? ¿Ha considerado que algunos sensores industriales pueden generar vibración y temperatura simultáneamente? Finalmente, en algunas aplicaciones de campo, como las bombas verticales, es mejor monitorear la vibración en más de un eje.
¿Su aplicación de campo requiere medición simple, dual o triaxial? Pregunta 2: ¿Qué tan grande es la amplitud? La amplitud máxima o el rango de vibración que se medirá determina el rango del sensor que se utilizará.
La sensibilidad típica del acelerómetro es de 100 mV/g para aplicaciones estándar (rango de 50 g) y 500 mv/g para aplicaciones de baja frecuencia o baja amplitud (rango de 10 g). Normalmente se utiliza un rango de 0-1 pulg./s o 0-2 pulg./s para transmisores de 4-20 mA en aplicaciones industriales generales.
Pregunta 3: ¿Cuál es la frecuencia de vibración? Para diferentes frecuencias de excitación, las estructuras físicas y los sistemas dinámicos tienen diferentes respuestas. Los sensores de vibración no son una excepción.
Las propiedades de los materiales piezoeléctricos son como filtros de paso alto, por lo que no importa qué tan bueno sea el sensor piezoeléctrico, está limitado a una frecuencia baja de aproximadamente 0,2 Hz como un solo grado de libertad. Sistema dinámico, el sensor tiene una frecuencia de vibración natural.
La señal se amplifica enormemente en frecuencias de vibración naturales, lo que produce cambios significativos en la sensibilidad, que probablemente estén fuera de rango. La mayoría de los acelerómetros industriales tienen uno o dos filtros RC para eliminar las frecuencias de vibración de la excitación.
Es importante seleccionar el rango de frecuencia disponible del sensor, que incluye las frecuencias que nos interesan. Pregunta 4: ¿Cuál es la temperatura ambiente? Para los sensores de aceleración ICP y los transmisores de 4-20 mA, las temperaturas ambiente extremadamente altas pueden representar una amenaza para la electrónica interna.
El sensor de aceleración en modo carga se puede utilizar a temperaturas ambiente muy altas. No tiene electrónica incorporada y utiliza un amplificador de carga remoto. El acelerómetro en modo de carga está equipado con un cable integrado y puede usarse en entornos con temperaturas superiores a 260°C, como el monitoreo de vibraciones en turbinas de gas.
Pregunta 5: ¿Se sumergirá en líquido? Los sensores de aceleración industriales con cables integrales de poliuretano se pueden instalar permanentemente mediante inmersión en líquido. Para aplicaciones de alta presión, es mejor probar la presión del sensor durante una hora.
Se requieren cables integrados para aplicaciones de inmersión total. También se requieren cables integrados en situaciones en las que se rocían en lugar de sumergirse por completo, como en el caso de los fluidos de corte para máquinas herramienta.
Pregunta 6: ¿Estaré expuesto a sustancias químicas o desechos potencialmente dañinos? Los acelerómetros industriales pueden fabricarse con acero inoxidable resistente a la corrosión y a los productos químicos. En entornos con productos químicos peligrosos, considere utilizar cables de conexión de PTFE resistentes a la corrosión para sensores.
Se recomienda encarecidamente consultar la tabla de compatibilidad química de cualquier producto químico sospechoso. Los cables blindados integrados brindan una buena protección al entorno al que puede estar expuesto el chip.
Pregunta 7: ¿Son necesarios enlaces de expulsión, deflexión y compresión? Finalmente, el sensor debe caber dentro del espacio disponible en el dispositivo. La forma del sensor tiene poco impacto en su rendimiento, pero se deben considerar operaciones seguras de instalación y mantenimiento en el sitio.
El acelerómetro compacto con diseño de contratuerca se puede fijar en cualquier orientación, pero es muy conveniente si está equipado con un cable integrado. Pregunta 8: ¿Utiliza sensores de alta precisión o de bajo costo? Existen dos diferencias principales entre acelerómetros de bajo costo y de alta precisión.
En primer lugar, las unidades de precisión suelen estar completamente calibradas, lo que significa que los gráficos de medición de la respuesta de sensibilidad se realizan en el rango de frecuencia disponible. Los acelerómetros de bajo costo se calibran en un solo punto y la sensibilidad se mide en una sola frecuencia.
En segundo lugar, los sensores de aceleración de alta precisión tienen tolerancias estrictas en determinadas especificaciones, como sensibilidad, rango de frecuencia, etc. Por ejemplo, un acelerómetro de alta precisión tiene una sensibilidad nominal de 100 mv/g ±5% (95 mv/g a 105 mV/g), mientras que un acelerómetro de bajo costo tiene una sensibilidad nominal de 100 mv/g 10% ( 90 mv/g a 65438)
Los clientes pueden configurar la sensibilidad de calibración del sensor en el sistema de adquisición de datos para que los sensores de bajo costo puedan proporcionar datos precisos y repetibles. En cuanto a la frecuencia, los acelerómetros de alta precisión suelen tener una desviación máxima del 5%, mientras que los sensores de bajo coste pueden proporcionar un rango de frecuencia de 3 dB.
Sin embargo, los sensores de bajo coste pueden proporcionar una excelente respuesta de frecuencia. Pregunta 9: ¿Necesito un código de autenticación especial? Hay sensores de aceleración y transmisores de 4-20 mA con certificación CSA y ATEX disponibles para uso en áreas peligrosas.
Compare las certificaciones de los sensores para asegurarse de que satisfacen sus necesidades. Las respuestas a nueve preguntas pueden limitar significativamente su búsqueda para encontrar la mejor solución para su aplicación.
Recuerda que las respuestas combinadas pueden ser mutuamente excluyentes, es decir, no existe una solución que cumpla todos los criterios. Por ejemplo, es posible que un modelo específico utilizado en áreas peligrosas no tenga certificación ATEX.
Además, las aplicaciones de campo especializadas pueden tener otras consideraciones.