Сделай Сам Свою Работу на 5

Акустоэлектрические преобразователи (микрофоны).





Это технические устройства для преобразования акуст.колебаний возд.среды в электрические. Основные технические характеристики микрофона:

Номинальный раб.диапазон частот-диапазон частот, в котором определяются хар-ки микрофона 1-5кГц.

Чувствительность – отношение Uвых к звуковому давлению, которое действует на микрофон.

Частотная хар-ка – зависимость Uвых от частоты звука при постоянном звук.давлении в определенном месте пространства от микрофона. Ею определяются динамические св-ва микрофонов. Частотная хар-ка определяется уровнем L напряжения U, причем за исходное принимается U, возникающее при частоте 1кГц. Если динамические св-ва идеальны, то в диапазоне частот хар-ка представляет собой прямую линию и такую частотную характеристику наз. равномерной. Реальные частотные хар-ки неравномерны. Неравномерность частотной характеристики – отношение max чувствительности к min в номинальном диапазоне частот, выражается в дБ.

По принципу действия: угольные, электромагнитные, электродинамические, электростатические, пьезоэлектрические акустоэлектрические преобразователи.

1)В работе э/д микрофона исп-ся явление э/м индукции. Основные части: Ш-образный магнит, катушка, диафрагма. Катушка из тонкого провода удерживается диафрагмой в зазоре постоянного магнита, и она надета на среднюю часть Ш-магнита. Под действием звукового давления диафрагма колеблется, а вместе с ней и катушка. При колебании катушки пронизывающий ее магнитный поток будет переменным, и это вызывает появление переменной ЭДС. Тем самым мех.колебания преобразуются в электрические. Выход катушки можно подключить к усилителю и добиться громкости. Номинальный раб.диапазон частот 10-15кГц. Uвых пропорциональна величине силы давления.



2)В пьезоэл.микрофонах используется пьезоэл. эффект. Основной элемент пьезоэл. пластина. На боковые стенки ее нанесены тонкие Ме электроды. При деформации пластины под действием звук.давления возникает прямой пьезоэф-т, т.е. между электродами возникает переменный ЭДС. Такой микрофон обычно соединен с резистором, с которого снимают напряжение и передают на усилитель.

В последнее время наиболее современными считают электростатические микрофоны, их 2 разновидности: конденсаторные и электретные-это диэлектрики, которые долгое время сохраняют поляризацию.



3)Работа конд. микрофона основана на изменении электр.емкости конденсатора под действием звукового давления. Микрофон содержит жестко натянутую мембрану, сверху которая покрыта тонким Ме слоем. В нижней части нах-ся неподвижная Ме пластина. По периметру м/д пленкой и нижней пластиной нах-ся прокладка из диэлектрика. Кондер. включ.в электрич.цепь с источником пост.напряжения, за счет энергии источника кондер заряжается. При колебаниях мембраны с частотой воздействующего на нее зв.давления изменяется расстояние м/д электродами кондера, поэтому изменяется его емкость, что вызывает изменение падения напряжения в кондере и появление переменного тока, частота которого равна частоте колебания звук.давления. Поскольку колебания пластины гармонические, то падения напряжения на резисторе будет изменяться по гармоническому закону, в такт со звуковыми колебаниями. Амплитуда колебаний доли микрона, поляризующее напряжение несколько 10В, номинальный диапазон частот превышает диапазон слышимых звуковых колебаний 10-40кГц.

4)Электретные тоже конденсаторные, но пост.напряжение поляризации обеспечивается использованием спец.мембраны, изготовленной из электрета. Электретная мембрана способна длительное время 10 и более лет сохранять поляризованное состояние, т.е. заряды различных знаков на своих поверхностях, тим обеспечивается внутр.поляризация конденсатора. При колебаниях такой мембраны С изменяется, что при постоянной разности потенциалов м/д поверхностями самой мембраны вызывает изменение заряда кондера и протекание тока ч/з нагрузку. Частота тока нагрузки = частоте звук.колеб. Зазоры м/д обкладками малы →напряженность поля, создаваемое электретом значительно. М/д обкладками кондера создается напряжение несколько вольт, и в некоторых случаях не требует усиления. «+»-отсутствие ИТ и широкий диапазон рабочих частот 20÷20000Гц. При высоком внутр.сопротивлении устройство будет хорошо работать.



 

 

Виды давлений:

Атмосферное(барометрическое) давление –давление массы воздушного столба атмосферы.

Абсолютное давление- давление отсчитываемое от абсолютного нуля, за нуль принимается давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух.

Избыточное давление- разность между абсолютным и атмосферным давлениями.

Разряжение(вакуум)- разность между атмосферным и абсолютным давлением, когда последнее меньше атмосферного.

Классификация средств измерения р :

-по виду измеряемого давления:

1)манометры избыточного давления

2)манометры абсолютного давления

3)барометры для измерения атмосферного давления

4)вакуумметры для измерения разрежения(вакуума)

5)мановакууметры для измерения избыточного давления и разрежения.

6)вакуумметры остаточного давления – для измерения малого абсолютного давления(менее 200Па)

7)дифференциальные манометры – для измерений разности двух давлений

-по принципу действия:

А)жидкостные Г)поршневые

Б)деформационные Д)тепловые

В)электрические Ж)ионизационные

Жидкостные приборы: А)-U-образные манометры(p=0-400 до 0-1600 мм ст) ,погрешность - 2мм.

Являются наиболее точными и простыми жидкостными средствами измерения давления.

А)U- образный манометр, наполнен, жидкостью до отметок 0-0, в состоянии равновесия P1-P2=ρgh, h=h1+h2, если внутренний диаметр трубок одинаков, то можно удвоить h2 , тогда P1-P2=2(ρ- ρс)gh2.—режим дифференциального манометра, если правую трубку соединить с атмосферой, то получим вакуумметр.

Б)Самопищущий манометр

В)Чашечный манометр Обьёмы жидкостей: H1F1=H2f и H1=H2(f/F) f,F-площади поперечных сечений.

P1-P2=ρgh2(1+f/F)≈ρgh2

Г) Микроманометр с наклонной трубкой (для малых давлений)

P1-P2=ρg h2=ρgnsinα

Микроманометр заполняют спиртом или водой.

Деформационные приборы: принцип действия основан на эффекте возникновения по дейтвием Р, упругой деформации чувствительного элемента.

Чувствительные элементы:

Трубчатая пружина(манометрическая, одновитковая)-упругая мет.трубка, один конец которой подвижен, а другой жёстко закреплён и на него подаётся P. Изогнутая по окружности трубка с овальным сечением, под воздействием Р стремиться принять круглую форму(пунктир на рисунке б).

Деформация сечения трубки вызывает перемещение её незакреплённого конца.Угол γ уменьшается.Δγ =kγP=KP, K-коэфф., преобразования трубчатой пружины.

 

-манометр деформационный с одновитковой пружиной.

Отклонения Δγ=10-12° трубчатой пружины(3)через тягу(9) передаётся усилителю угловых перемещений(7) Δγ=270-300°

На оси механизма укреплена стрелка(6) соединённая с отсчётным механизмом(5).

P=0-0.1 – 0-1000 МПа и вакуум при P=-0.1-0 МПа, КТ=0,1-4,0

Мембраны-упругие плоские(в) или горфрированные (г) пластины. Статические характеристики мембран нелинейны. Поэтому пропорциональная зависимость сохраняется между перемещением δ и P, при технически приемлемом диаметре мембраны в несколько десятых долей мм. Что позволяет использовать их электрических преобразователях движения. Для горфрированных мембран линейность характеристики (рис д 1 )сохраняется при существенно больших перемещениях (δ=1-3 мм). При необходимости получения большого значения перемещения используют соединение 2 мембран, рис е, --анероид(т.е. не содержащий влаги), или мембранная коробка.

-Мембранный манометр.Давление передаётся анероиду(11), перемещения которого поступают через шток(12) к механическому преобразователю лин.перемещений(13). Шкала манометра подвижная для установки на нуль.

Диапазон Р=0-300 мм.рт.ст. Погрешность прибора 0,67кПа(5 мм.рт.ст)

Сильфоны-тонкостенные металлические цилиндры, боковая поверхность которых снабжена поперечными гофрами.Происходит перемещение дна сильфона вверх, что описывается уравнением: δ=knP=KcP, Kc-коэфф преобразования сильфона(k зависит от материала, конструкции сильфона, n-число гофров).

--Сильфонный манометр

При подаче Р в сильфонную коробку(15) происходит перемещение сильфона(16) с винтовой пружиной жёсткости(17), соединённой с штоком(12).Р=0,025-0,4 МПа, КТ=1,5-2,5.

Датчики давления

Предназначены для преобразования Р в электрический сигнал. Чувствительным элементом является плоская, упругая мембрана(4), которая оказывается под влиянием двух сил давлений Р12, в одной из образовавшихся камер располагается преобразователь перемещения(5) с выводами(3). Если используется пьезоэлектрический преобразователь то он располагается в правой камере, датчики этого типа могут измерять только непрерывные, быстроизменяющиеся давления.

Ёмкостные преобразователи так же помещаются в правой камере, мембрана является в данном случае обкладкой C.

Тензорезистивные преобразователи. На рис.в изображена плоская мембрана(4) на которой нанесено 4 п/пр тензорезистора. Сигнал неуравновешенного моста снимается с a-b,усиливается усилителем(7).На графике(г) касательные напряжения στ имеют постоянный знак а радиальные σr изменяют его,в зависимости от диаметра мембраны, в связи с этим у R2 R3,вблизи края мембраны, с увеличением давления сопротивление будет уменьшаться, а у R1 R4

наоборот.Использование данной схемы позволяет увеличить чувствительность прибора, независимость от температуры.

КТ=0,5-1

Средства инвазивных измерений Р:

Требуют хирургического вмешательства. В зависимости от расположения датчика различают:

-установки с внешним датчиком давления. Катетер(1) вводят через артерию в точку измерения давления. До введения камеру датчика и катетер промывают физиологическим раствором с избыточным давлением, создаваемым грушей (10), промывка идёт при закрытых кранах (2,7).Физиологический раствор подаётся переодически в процессе измерения давления крови. Трёхходовый кран(2) переключается в начале измерений для выравнивания начального сигнала датчика давления(4) при закрытом(7). В процессе измерения давление крови передаётся физ раствору, и влияет на мембрану датчика.вырабатывающего Эл сигнал, который по кабелю(5) выводиться на монитор(6).

Важно проводить учёт гидростатического давления при измерениях малых давлений крови (венозного).

-с концевым катетерным датчиком давления(рис б) отличается меньшей инерционностью, отсутствием необходимости учёта положения измеряемой точки в пространстве. 5-кабель, 12-измерительный блок.

Датчики :

-Индуктивный датчик. Мембранный блок(2,5,7) перемещающийся под влиянием давления перемещается вправо, что увеличивает индуктивность катушки(4), изменения индуктивности катушки преобразуются в Эл. Сигнал и передаются по кабелю 6.

-Оптоволоконный датчик(рис б) Под действием давления Р, металлическая мембрана(12) изменяет свои способности отражать световое излучение от светодиодов(9), что регистрируется фотодиодом (10) с помощью оптоволоконных соеденительных пучков(11).

-Тензорезистивный датчик Часть верхней Si пластины (16) вытравлена до 15 мкм толщины, часть её служит мембраной(17) воспринимающей давление, на её нижней стороне расположены тензорезисторы(14) включенные в схему неуравновешенного эл. моста, мост получает питание от измерительного блока, туда же посылается разбаланс изм диагонали моста, мост соединен с изм блоком кабелем(6).Средства неинвазивных измерений Р:

Приборы этого типа называют сфигмоманометрами.

Используется Метод развертывающего измерительного преобразования,P-действит. Значение давления пациента, Pм(t)-изменяемое значение давления.

методики:

Пальпаторная методика измерения давления заключается в компрессии и декомпрессии создаваемого давления и сравнения с систолическими (диастолическим) давлением. Метод позволяет точно измерить систолическое давление.

Аускультативная методика измерения давления заключается в применении прослушающего устройства, по действию аналогична предыдущей.

Полуавтоматический аускультативный измеритель арт.давления, накачка воздуха проводиться вручную, после этого все операции проводятся автоматически, используются тензорезистивные датчики.

Ультразвуковая методика измерения основана на эффекте Доплера. Используются пьезоэлектрич.датчики.

Осциллометрический метод измерения давления. Является наиболее распространённым.

Признаком равенства давлений являются небольшие колебания (осцилляции) воздуха во внутренней полости манжеты(1), вызванные колебаниями стенки артерии.

Используются две измерительные цепи.В первой цепи(4-5-8) сигнал датчика только усиливается, а во второй(4-6-7-8) усиливается и подвергается фильтрации, из которой выделяется сигнал несущий информацию о колебаниях давления стенок артерии.Рс Рср --Значения сигналов первой цепи обработки запоминаются микропроцессором(8). Для определения диастолического давления пользуются формулами: Pд=1,72Рср-0,724Рс или Рд=1,5Рср-0,5Рс

Измеренные и косвенно измеренные величины отображаются на дисплее(9)

Фотоэлектрические измерители используют в своём устройстве эффект изменения характеристик поглощения и рассеяния света в зависимости от сердечной деятельности, и в частности от пульсации артериального давления в пальце пациента .

 

 

Принципы и средства измерений расхода и количества жидких и газообразных сред.

Количество жидких и газообразных сред определяется их массой или объёмом. Расходом называют количество жидкой или газообразной среды, протекающеё через данное сечение канала в единицу времени. Часто в качестве единицы объёмного расхода используется литр в час(л/час) и миллилитр в секунду(мл/с). Средний массовый Gср и средний объёмный Qср расходы определяются из выражений : Gср=m/(t1-t2) Qср=V/(t1-t2)

Где t2-t1 –интервал времени, за который масса m и объём V жидкости и газа протекает через данное сечение.

Мгновенный расход определяется как производная от количества вещества, протекающего через данное сечение по времени, а именно: массовый и объёмный расходы определяются из выражений: G=dm/dt; Q=dV/dt/

Средства измерений расхода жидкости или газа называются расходомерами.

Путём интегрирования результатов непрерывного измерения расхода можно определить количество жидкости или газа, прошедшее через расходомер за интервал времени t2-t1 V=∫Qdt

Средства измерений количества жидкости или газа называют счётчиками.

Для получения корректных результатов измерений необходимо учитывать режимы течения жидкости или газа по трубе.

Принято различать ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости и газа. При ламинарном равномерном установившемся течении слои жидкости или газа перемещаются как бы слоями, параллельными направлению течения, и не смешиваются друг с другом.

При турбулентном равномерном установившемся течении элементы жидкости или газа, перемещаясь в целом поступательно, совершают ещё перемещения по случайным неопределённо искривлённым траекториям. Движение жидкости или газа при этом сопровождаются поперечным перемешиванием.

Дроссельные расходомеры

Работа дроссельных расходомеров основана на возникновении разности давлений на дросселе, установленном в потоке жидкости или газа.

Дроссельный расходомер содержит дроссель, размещённый в трубопроводе, и датчик разности давлений. При протекании измеряемого потока в дросселе, имеющем площадь поперечного сечения меньшую, чем площадь трубопровода, скорость движения жидкости или газа увеличивается. Благодаря этому происходит определённая потеря энергии потока, поэтому статическое давление Р2 на выходе сужающего устройства будет меньше, чем давление Р1 на его входе. Разность давлений Р1-Р2=ΔР, которую обычно называют перепадом давлений, несёт информацию о расходе среды, протекающей через дроссель. Дроссельные расходомеры называют также расходомерами переменного перепада давлений.

Зависимость между расходом и перепадом определяется типом дросселя, а также тем, за счёт каких процессов происходит потеря энергии на них, что определяет режим течения через дроссель. В связи с этим дроссели разделяют на турбулентные, ламинарные и смешанного типа.

Турбулентные дросселипредставляют собой диски с центральным отверстием, размещаемым поперёк потока. Наибольшее применение имеют диафрагмы.

Характерным для такх дросселей явл-ся малое отношение толщины диска к диаметру отверстия. В таких дросселях потеря давления при протекании потока вызывается местным сопротивлением и потерями энергии, возникающими за счёт вихревых движений, сопровождающих сужение потока в отверстие дросселя. Зависимости массового и объёмного расходов от перепада давлений на турбулентном дросселе являются нелинейными.

Ламнарные дросселипредставляют собой трубки с отношением длины l к диаметру, большему 50, которые называют капиллярами. В трубке обеспечивается ламинарный режим течения. Потери давления при этом обуславливаются в основном наличием трения среды о стенки трубки.

Зависимости массового и объёмного расходов от перепада давлений на турбулентном дросселе являются линейными.

В дросселях смешанного типане соблюдается чисто ламинарное или турбулентное течение. Потери давления определяются как вихревыми движениями, так и трением между слоями среды и трением о стенки трубки. Зависимости между массовым, объёмным расходами и перепадом давлений для дросселей смешанного типа являются нелинейными и не имеют аналитического описания, обычно определяются экспериментально.

Погрешность измерений расхода дроссельными расходомерами составляет ±(2-5)%

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.