什么是IFM光電傳感器建模和建模的重要性

　　一方面，IFM光電傳感器是多學(xué)科的密集技術(shù)，涉及的知識(shí)內(nèi)容遍及許多基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)。各種敏感效應(yīng)的傳感器種類(lèi)繁多，被測(cè)參數(shù)、測(cè)量范圍千差萬(wàn)別，敏感元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣

　　另一方面，IFM光電傳感器的研究工作本身還具有很強(qiáng)的工程性，實(shí)用性。這要求傳感器的建模也要充分體現(xiàn)這一點(diǎn)

　　第一個(gè)階段：由實(shí)際問(wèn)題本質(zhì)特征建立傳感器物理模型。此階段主要針對(duì)傳感器的基本工作原理進(jìn)行。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔、明確、反映了傳感器的物理本質(zhì)，模型中的每一項(xiàng)都具有鮮明的物理意義。

　　第二個(gè)階段：由IFM光電傳感器的物理模型建立其數(shù)學(xué)模型。此階段主要根據(jù)傳感器的基本工作原理，針對(duì)傳感器的敏感元件進(jìn)行。其特點(diǎn)是包含了傳感器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、物理參數(shù)、邊界條件及其他約束條件；物理特征含蓄，具有較強(qiáng)的抽象性。

　　第三個(gè)階段：求解數(shù)學(xué)模型。物理模型的建立對(duì)傳感器整個(gè)建模工作至關(guān)重要，它既依賴于對(duì)傳感器工作機(jī)理的理解，又依賴于已有的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)；數(shù)學(xué)模型的建立主要取決于傳感器相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，它是保證模型準(zhǔn)確、可靠的關(guān)鍵；數(shù)學(xué)模型的求解直接影響到整個(gè)建模工作的成效和應(yīng)用價(jià)值。

　　IFM光電傳感器正確使用熱電偶不但可以準(zhǔn)確得到溫度的數(shù)值，保證產(chǎn)品合格，而且還可節(jié)省熱電偶的材料消耗，既節(jié)省資金又能保證產(chǎn)品質(zhì)量。安裝不正確，熱導(dǎo)率和時(shí)間滯后等誤差，它們是熱電偶在使用中的主要誤差。

　　IFM光電傳感器安裝不當(dāng)引入的誤差

　　IFM光電傳感器的位置及插入深度不能反映爐膛的真實(shí)溫度等，換句話說(shuō)，熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門(mén)和加熱的地方，插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8～10倍；熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對(duì)流而影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性；熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過(guò)IFM光電傳感器；熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開(kāi)強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)，所以不應(yīng)把熱電偶和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測(cè)介質(zhì)很少流動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，IFM光電傳感器當(dāng)用熱電偶測(cè)量管內(nèi)氣體溫度時(shí)，必須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。

　　IFM光電傳感器絕緣變差而引入的誤差

　　IFM光電傳感器如熱電偶絕緣了，保護(hù)管和拉線板污垢或鹽渣過(guò)多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴(yán)重，這不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗而且還會(huì)引入干擾，由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上。

　　熱惰性引入的誤差

　　由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測(cè)溫度的變化，在進(jìn)行快速測(cè)量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測(cè)溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測(cè)量滯后，用熱電偶檢測(cè)出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測(cè)量滯后越大，熱電偶波動(dòng)的振幅就越小，與實(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測(cè)溫或控溫時(shí)，儀表顯示的溫度雖然波動(dòng)很小，但實(shí)際爐溫的波動(dòng)可能很大。為了準(zhǔn)確的測(cè)量溫度，應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減小時(shí)間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導(dǎo)熱性能好的材料，管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管。在較精密的溫度測(cè)量中，使用無(wú)保護(hù)套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應(yīng)及時(shí)校正及更換。

　　熱阻誤差

　　高溫時(shí)，如保護(hù)管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導(dǎo)，這時(shí)溫度示值比被測(cè)溫度的真值低。因此，應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔，以減小誤差。

　　上述三個(gè)階段在IFM光電傳感器的建模工作中缺一不可，應(yīng)緊緊圍繞著實(shí)際傳感器的工作機(jī)理進(jìn)行。

　　IFM光電傳感器中的彈性敏感元件，研究其在被測(cè)量作用下的力學(xué)行為：包括位移、應(yīng)變、應(yīng)力或者振動(dòng)特性；

　　建立包括傳感器敏感單元幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、物理參數(shù)、邊界條件在內(nèi)的，傳感器彈性敏感元件的位移、應(yīng)變、應(yīng)力或者振動(dòng)特性與被測(cè)量之間的函數(shù)關(guān)系，即敏感結(jié)構(gòu)的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型；

　　不同于第二部分中的傳感器特性（針對(duì)輸入輸出特性，相當(dāng)于把傳感器整體作為一個(gè)“黑匣子”，用來(lái)評(píng)估傳感器總體性能。它不能告訴我們傳感器敏感結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)、物理參數(shù)以及邊界條件如何影響傳感器的性能，自然也不會(huì)提供從傳感器敏感結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)方面來(lái)改善其性能的辦法。

　　IFM光電傳感器敏感機(jī)理的理論基礎(chǔ)；在傳感器原理分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、樣機(jī)研制中有重要作用

　　能充分、準(zhǔn)確地揭示出傳感器的工作機(jī)理

　　能有效地指導(dǎo)傳感器，特別是敏感結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、邊界結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程

　　提高針對(duì)性，縮短樣機(jī)研制過(guò)程和利于處理不同物理量之間的耦合等

　　建模的復(fù)雜性