Теледельтос

Бумага Teledeltos представляет собой электропроводящую бумагу . Он образуется путем нанесения углерода на одну сторону листа бумаги , что дает одну черную и одну белую сторону. Компания Western Union разработала бумагу Teledeltos в конце 1940-х годов (через несколько десятилетий после того, как она уже использовалась для математического моделирования) для использования в искровых принтеров аппаратах на базе факсимильных и диаграммных самописцах . ^[1]

Бумага Teledeltos имеет несколько применений в технике, которые далеки от ее первоначального использования в искровых принтерах. Многие из них используют эту статью для моделирования распределения электрического потенциала и других скалярных полей .

Использовать

Teledeltos обеспечивает лист однородного изотропного удельного сопротивления . Поскольку он недорогой и его легко разрезать по форме, его можно использовать для изготовления резисторов любой необходимой формы. Бумажная основа является изолятором. Эти формы обычно создаются для представления или моделирования реальных примеров двумерных скалярных полей , таких как электрическое поле, или других полей, следующих правилам линейного распределения.

Удельное сопротивление Теледельтоса составляет около 6 кОм/кв. ^[2]^[я] Это достаточно низкое значение, чтобы его можно было использовать с безопасным низким напряжением, но при этом достаточно высокое, чтобы токи оставались низкими, что позволяет избежать проблем с контактным сопротивлением .

Соединения с бумагой выполняются путем нанесения на участки проводящей краски с содержанием серебра и прикрепления к этим участкам проводов, часто с помощью пружинных зажимов. ^[2]^[3] Каждая окрашенная область имеет достаточно низкое удельное сопротивление (по отношению к углероду) и считается постоянным напряжением. При приложенном напряжении ток, проходящий через лист, будет имитировать распределение поля. Напряжения могут быть измерены внутри листа путем применения зонда-вольтметра (относительно известных электродов) или могут быть измерены потоки тока. Поскольку удельное сопротивление листа постоянно, самый простой способ измерить ток — использовать небольшой двухзондовый вольтметр для измерения разницы напряжений между зондами. Поскольку известно расстояние между ними, можно определить удельное сопротивление, сопротивление между ними и (по закону Ома ) плотность тока.

Листа, большого по сравнению с экспериментальной площадью, обычно достаточно для моделирования бесконечного поля. ^[3]

Моделирование полей по аналогии

Хотя моделирование электрических полей само по себе непосредственно полезно в некоторых областях, таких как конструкция термоэмиссионных клапанов , ^[4] Основное практическое применение более широкой техники - для моделирования полей других величин. Этот метод можно применить к любому полю, которое подчиняется тем же линейным правилам, что и закон Ома для объемного удельного сопротивления. Сюда входит тепловой поток, некоторая оптика и некоторые аспекты ньютоновской механики. Обычно он не применим к гидродинамике из-за эффектов вязкости и сжимаемости или к оптике высокой интенсивности, где становятся очевидными нелинейные эффекты . Это может быть применимо к некоторым механическим задачам, связанным с однородными и изотропными материалами, такими как металлы, но не к композитам.

До использования Teledeltos аналогичный метод использовался для моделирования газовых потоков, где сульфата меди в качестве среды использовался неглубокий лоток с раствором с медными электродами с каждой стороны. Барьеры внутри модели можно было вылепить из воска. Будучи жидкостью, это было гораздо менее удобно. Стэнли Хукер описывает его использование до войны, хотя он также отмечает, что эффекты сжимаемости можно было смоделировать таким образом, придав форму основанию резервуара, чтобы придать дополнительную глубину и, следовательно, локальную проводимость. ^[5]

Одним из наиболее важных приложений является тепловое моделирование. Напряжение является аналогом температуры, а ток — тепловым потоком . Если границы модели радиатора окрашены проводящей краской, образуя два отдельных электрода, на каждый из них можно подавать напряжение, отражающее температуру некоторого внутреннего источника тепла (например, микропроцессора) и температуру внешней окружающей среды. Потенциалы внутри радиатора представляют собой внутренние температуры, а потоки тока представляют собой тепловой поток. Во многих случаях внутренний источник тепла может быть смоделирован с помощью источника постоянного тока , а не напряжения, что дает лучшую аналогию потерь мощности с теплом, а не предполагает простую постоянную температуру. Если внешний поток воздуха ограничен, «окружающий» электрод можно разделить и каждую секцию подключить к общему источнику напряжения через резистор или ограничитель тока, что будет отражать пропорциональную или максимальную мощность теплового потока этого воздушного потока.

Поскольку радиаторы обычно изготавливаются из экструдированных алюминиевых профилей , двумерная бумага обычно не является серьезным ограничением. В некоторых случаях, например, при поршнях двигателей внутреннего сгорания, может потребоваться трехмерное моделирование. Это было выполнено аналогично бумаге Teledeltos с использованием объемных резервуаров с проводящим электролитом. ^[6]

Этот метод теплового моделирования полезен во многих отраслях машиностроения, таких как радиаторов или радиаторов, проектирование а также литье под давлением . ^[7]

Развитие компьютерного моделирования и анализа методом конечных элементов сократило использование Teledeltos, так что этот метод теперь неясен, а материалы может быть трудно получить. ^[2] Его использование по-прежнему очень ценно в обучении, поскольку этот метод дает очень очевидный метод измерения полей и обеспечивает немедленную обратную связь при изменении формы экспериментальной установки, что способствует более фундаментальному пониманию. ^[3]^[4]

Датчики

Teledeltos также можно использовать для изготовления датчиков либо непосредственно в качестве встроенного резистивного элемента, либо косвенно, как часть процесса проектирования.

Резистивные датчики

Кусочек теледельтоса с проводящими электродами на каждом конце представляет собой простой резистор . Его сопротивление слегка чувствительно к приложенному механическому напряжению при изгибе или сжатии, но бумажная подложка недостаточно прочна, чтобы сделать надежный датчик для длительного использования.

Более распространенный резистивный датчик имеет форму потенциометра . По поверхности длинного тонкого резистора, к которому приложено напряжение, может скользить проводящий зонд. Напряжение на щупе зависит от его положения между двумя концевыми контактами. Такой датчик может служить клавиатурой для простого электронного музыкального инструмента, такого как Таннерин или Стилофон .

Похожий линейный датчик использует две полоски Teledeltos, расположенные лицом к лицу. Давление на тыльную сторону одного из них (достаточно давления пальца) сжимает две проводящие поверхности вместе, образуя контакт с более низким сопротивлением. Его можно использовать аналогично потенциометрическому датчику, но без необходимости использования специального датчика. Его можно использовать в качестве демонстрации в классе другого электронного музыкального инструмента с ленточной клавиатурой, например Monotron . двумерную резистивную сенсорную панель Если на каждой части Teledeltos используются скрещенные электроды, можно продемонстрировать .

Емкостные датчики

Хотя Teledeltos не используется для производства емкостных датчиков, его возможности моделирования полей также позволяют использовать его для определения емкости электродов произвольной формы во время проектирования датчиков. ^[2]

См. также

Примечания

^ Обратите внимание, что единицы удельного сопротивления для двумерного листа — Ом/квадрат ( $\Omega /\Box$ ), а не омметр (Ом⋅м), который можно использовать для измерения удельного сопротивления объемного резистора.

Ссылки

^ Гросвенор Хочкисс, Электрочувствительная бумага для записи для факсимильных телеграфных аппаратов и инструментов графических диаграмм , Технический обзор Western Union, Vol. 3, № 1 (январь 1949 г.); страница 6.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ларри К. Бакстер (1996). «Аналитические решения» . Емкостные датчики: конструкция и применение . Джон Уайли и сыновья. п. 25. ISBN 078035351X .
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Построение полевых работ с использованием бумаги Teledeltos» (PDF) . Кафедра электронной инженерии и прикладной физики Астонского университета. Архивировано из оригинала (PDF) 18 июля 2004 г.
^ Jump up to: ^а ^б Боб Пиз (30 мая 1994 г.). «Что вообще это за штука с Теледельтосом?» .
^ Хукер, Стэнли (2002). Не такой уж инженер. Автобиография . Шрусбери: Airlife Publ. стр. 9–10. ISBN 1-85310-285-7 .
^ Чемберлин, Р.Х. (1963–1964). «Дизельный двигатель Napier Deltic в магистральных локомотивах» . Учеб. Инст. Мех. англ . 178 (3): 66.
^ Джон Л., Йорстад (сентябрь 2006 г.). «Технологии будущего алюминия в литье под давлением» (PDF) . Техника литья под давлением : 19. Архивировано (PDF) из оригинала 14 июня 2011 г.

[3] Обратите внимание, что единицы удельного сопротивления для двумерного листа — Ом/квадрат ( $\Omega /\Box$ ), а не омметр (Ом⋅м), который можно использовать для измерения удельного сопротивления объемного резистора.

[1] Гросвенор Хочкисс, Электрочувствительная бумага для записи для факсимильных телеграфных аппаратов и инструментов графических диаграмм , Технический обзор Western Union, Vol. 3, № 1 (январь 1949 г.); страница 6.

[Baxter-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ларри К. Бакстер (1996). «Аналитические решения» . Емкостные датчики: конструкция и применение . Джон Уайли и сыновья. п. 25. ISBN 078035351X .

[Aston-4] Jump up to: ^а ^б ^с «Построение полевых работ с использованием бумаги Teledeltos» (PDF) . Кафедра электронной инженерии и прикладной физики Астонского университета. Архивировано из оригинала (PDF) 18 июля 2004 г.

[Pease-5] Jump up to: ^а ^б Боб Пиз (30 мая 1994 г.). «Что вообще это за штука с Теледельтосом?» .

[6] Хукер, Стэнли (2002). Не такой уж инженер. Автобиография . Шрусбери: Airlife Publ. стр. 9–10. ISBN 1-85310-285-7 .

[7] Чемберлин, Р.Х. (1963–1964). «Дизельный двигатель Napier Deltic в магистральных локомотивах» . Учеб. Инст. Мех. англ . 178 (3): 66.

[jorstad-8] Джон Л., Йорстад (сентябрь 2006 г.). «Технологии будущего алюминия в литье под давлением» (PDF) . Техника литья под давлением : 19. Архивировано (PDF) из оригинала 14 июня 2011 г.

[1]

[2]

[я]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]