Контрольная работа по "Физике"

Билет 9

Вопрос 1) Пьезоэлектрические датчики основаны на использовании пьезоэлектрического эффекта. Пьезоэлектрический эффект бывает прямым и обратным. Прямой пьезоэффект заключается в том, что некоторые материалы имеют способность образовывать на гранях своих поверхностен при воздействии на них механических нагрузок электрические заряды. Обратный пьезоэффект состоит в том, что если к 
этим материалам прикладывать электрическое поле, то 
они будут механически деформироваться. К важнейшим природным материалам, которые обладают пьезоэлектрическим эффектом, можно отнести кварц и турмалин. В качестве материала для датчиков чаще применяется кварц, так как он имеет высокие пьезоэлектрические и изоляционные свойства, малую температурную зависимость и очень высокое сопротивление. Из монокристалла кварца вырезаются шайбы, диски или пластины таким образом, чтобы наибольшая плоскость была перпендикулярна кристаллографической оси х (рис. 2-17,а), которая называется   электрической или пьезоэлектрической осью. При воздействии на пластину силы Р по оси х на ее гранях возникает заряд, который зависит только от приложенной силы Р и не зависит от геометрических размеров пластины: Qпр=dPx. Основным достоинством всех пьезоэлектрических датчиков является их безынерционность, а основным недостатком — малая выходная мощность. Поэтому для усиления выходной мощности пьезоэлектрических датчиков применяются усилители. Так как эти датчики имеют большое выходное (внутреннее) сопротивление, поэтому они включаются на вход усилителей. Пьезоэлектрический датчик и усилитель соединяются между собой с помощью экранированного кабеля. Пьезоэлектрические датчики очень часто применяются для измерения быстропротекающих процессов. Эти датчики могут, например, измерять давление газов в двигателях внутреннего сгорания и в стволах артиллерийских орудий.

Вопрос 2) Принцип работы индукционных реле напоминает принцип работы одноименных измерительных приборов и основан на взаимодействии индуктированного в проводнике переменного тока с переменным магнитным потоком. Индукционные реле обычно широко применяются в устройствах релейной защиты. Объясняется это тем, что в них несложно изменять тяговые и временные характеристики, а также удобно настраивать их на необходимый режим. Индукционные реле могут использоваться как реле тока, напряжения, мощности, частоты, сопротивления. Индукционное реле состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор имеет одну или две обмотки переменного тока. При прохождении переменного тока по обмотке или обмоткам статора создаются магнитные потоки, которые в свою очередь индуктируют переменные токи в роторе. Взаимодействие последних с магнитным полем статора создает необходимое   электромеханическое усилие. По конструкции ротора индукционные реле делятся на три группы: с ротором в виде короткозамкнутой рамки, диска и цилиндра. На рис. 4-5,6 показана одна из схем индукционных реле — схема реле с короткозамкнутой рамкой. Реле имеет два входа — обмотки 1 и 2. Первая обмотка служит для создания тока в короткозамкнутой рамке, а вторая обмотка — для создания магнитного потока Ф2 в воздушном пространстве, где размещена рамка. Ток в рамку подводится не непосредственно, а путем трансформации из обмотки 1. Магнитный поток G>i индуктирует ЭДС в короткозамкнутой рамке 3. При взаимодействии тока с магнитным полем, которое образуется обмоткой 2, возникает электромеханическое усилие, действующее на рамку. Указанное усилие преодолевает упругость противодействующей спиральной пружины 4 и поворачивает рамку, а вместе с ней и ось 5 до тех пор, пока не замкнутся контакты 6. Индукционные реле имеют сравнительно небольшую чувствительность. Мощность срабатывания Рс их лежит в пределах от 0,5 до 15 В-А. Время срабатывания 1с этих реле обычно составляет не менее десятков миллисекунд.