Преобразователи полей: понятие, классификация (пьезоэлектрические, магнитострикционные, тензорезистивные) основные показатели,

ВВЕДЕНИЕ
Конец XX и начало ХХI века можно без преувеличения назвать эпохой "гигантских эффектов". С 1965 было открыто полтора десятка физических явлений, измеряемое значение которых варьируется от нескольких десятков до нескольких тысяч процентов. Это настолько поразило ученых, что они по праву присвоили найденным эффектам гигантское название. 2003 год был особенно интересным годом открытия четырех подобных явлений. Некоторые из этих многообещающих эффектов уже нашли применение в науке и технике, позволяя разрабатывать инструменты и технические устройства с очень высокими характеристиками.
Преобразователи - это измерительные инструменты, которые преобразуют изучаемые физические явления в электрический сигнал. Даже если само исходное явление носит электрический характер (постоянное или слишком высокое напряжение), иногда все же требуется преобразователь. Существуют преобразователи магнитных величин. При изучении механических сил в качестве преобразователей можно использовать специальные резисторы, сопротивление которых изменяется, например, из-за их удлинения под действием силы; вибрирующие струны и пьезоэлементы также могут использоваться в качестве преобразователей, преобразующих механические воздействия в электрические сигналы.
Магнитные измерения практически используются при изучении свойств материалов, испытаниях магнитных деталей и элементов, магнитной дефектоскопии, изучении магнитных полей Земли, измерении и контроле магнитных полей на объектах атомной и ядерной физики и т. д.
Основными величинами, характеризующими магнитное поле, являются магнитный поток, магнитная индукция и напряженность магнитного поля. Магнитные материалы оцениваются по своим свойствам и параметрам – статическим и динамическим.
Измеренные магнитные величины обычно предварительно преобразуются в электрические, что более удобно для измерения. Преобразователи магнитных величин в электрические построены на основе электромагнитной индукции, ядерного магнитного резонанса, гальваномагнитного преобразования и некоторых других явлений.

ГЛАВА I. ПОНЯТИЕ И СУЩНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОЛЕЙ
Эффективное управление сложными техническими объектами (атомными электростанциями, объектами топливно-энергетического комплекса и т. д.), автоматизация технологических процессов, дальнейшее развитие научных исследований требуют массовых измерений различных физических величин. Так, на современной АЭС имеется более 3000 контрольных точек разного значения, в основном температуры, давления, расхода. Принято разделять методы и средства измерения электрических и неэлектрических величин. Однако большинство неэлектрических величин измеряются электрическими методами, превращая неэлектрическую величину в электрический сигнал, поскольку обработка, передача и отображение сигналов в электрической области относительно просты. Определение физической величины и ее преобразование в электрический сигнал в измерительных системах осуществляется с помощью первичных измерительных преобразователей (ПИП) или измерительных датчиков. Датчики содержат чувствительный элемент, который преобразует измеренную физическую величину в другую величину, подходящую для дальнейшей обработки и преобразования. Мы ограничиваем наше рассмотрение датчиками, которые отображают величины от различных физических областей к сигналам в электрической области. Не существует единой классификации датчиков, основанной на различных физических принципах и явлениях. Однако все датчики обычно делятся на два класса: генераторные и параметрические. В генераторных преобразователях выходной сигнал в виде ЭДС, заряда или тока является результатом физических эффектов, функционально связанных с измеренной неэлектрической величиной. Использование этих преобразователей не требует внешних источников питания. К преобразователям генератора относятся пьезоэлектрические датчики, индукционные преобразователи, термоэлектрические преобразователи, в случае параметрических преобразователей фактическое выходное значение под влиянием входа представляет собой изменение параметров датчика: его сопротивления, емкости, индуктивности.
Следовательно, при их использовании требуется дополнительный источник питания, который позволяет преобразовать изменение параметров датчика в изменение тока, напряжения или заряда. Для работы с такими датчиками используются измерительные схемы, питаемые как постоянным, так и переменным током. К параметрическим преобразователям относятся: индуктивные преобразователи, емкостные преобразователи, тензорные резисторы, терморезисторы и т. д. 2 Классификация датчиков часто осуществляется по измеренному с их помощью физическому значению, например, малые датчики движения, датчики температуры, акселерометры. С другой стороны, разумно классифицировать датчики в соответствии с основными физическими принципами. Рассмотрим разновидности широко используемых датчиков.
Резистивные измерительные преобразователи относятся