Гистерезис — это… Что такое Гистерезис?
Рис. 1. Петля гистерезиса. Подобная зависимость величин характерна для всех видов гистерезисаГистере́зис (греч. ὑστέρησις — отстающий) — свойство систем (физических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление «насыщения», а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках). Не следует путать это понятие с инерционностью поведения систем, которое обозначает монотонное сопротивление системы изменению её состояния.
В физике
Наибольший интерес представляют магнитный гистерезис, сегнетоэлектрический гистерезис и упругий гистерезис.
Магнитный гистерезис
Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца.
Явление магнитного гистерезиса наблюдается не только при изменении поля H по величине и знаку, но также и при его вращении (гистерезис магнитного вращения), что соответствует отставанию (задержке) в изменении направления M с изменением направления H. Гистерезис магнитного вращения возникает также при вращении образца относительно фиксированного направления H.
Теория явления гистерезиса учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания. Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внешнего магнитного поля. Всё, что задерживает эти процессы и способствует попаданию магнетиков в метастабильные состояния, может служить причиной магнитного гистерезиса.
В однодоменных ферромагнитных частицах (в частицах малых размеров, в которых образование доменов энергетически невыгодно) могут идти только процессы вращения
При однородном вращении M коэрцитивная сила . Более универсальным является механизм неоднородного вращения M. Однако наибольшее влияние на он оказывает в случае, когда основную роль играет анизотропия формы частиц. При этом может быть существенно меньше эффективного поля анизотропии формы.Сегнетоэлектрический гистерезис
Сегнетоэлектрический гистерезис — неоднозначная петлеобразная зависимость поляризации
Основные параметры сегнетоэлектрического гистерезиса:- остаточная поляризация кристалла Pост, при E = 0
- значение поля EKt(коэрцитивное поле) при котором происходит переполяризация
Упругий гистерезис
В теории упругости явление гистерезиса наблюдается в поведении упругих материалов, которые под воздействием больших давлений способны сохранять деформацию и утрачивать её при воздействии обратного давления (например, вытягивание сжатого стержня). Во многом именно это явление объясняет анизотропию механических характеристик кованых изделий, а также их высокие механические качества.
Различают два вида упругого гистерезиса — динамический и статический.
Динамический гистерезис наблюдают при циклически изменяющихся напряжениях, максимальная амплитуда которых существенно ниже предела упругости. Причиной этого вида гистерезиса является неупругость либо вязкоупругость. При неупругости, помимо чисто упругой деформации (отвечающей закону Гука), имеется составляющая, которая полностью исчезает при снятии напряжений, но с некоторым запаздыванием, а при вязкоупругости эта составляющая со временем исчезает не полностью.
В электронике и электротехнике
В электронике и электротехнике используются устройства, обладающие магнитным гистерезисом — различные магнитные носители информации, или электрическим гистерезисом, например, триггер Шмитта или гистерезисный двигатель.
Гистерезис используется для подавления шумов (быстрых колебаний, дребезга контактов) в момент переключения логических сигналов.
В электронных приборах всех видов наблюдается явление теплового гистерезиса: после нагрева прибора и его последующего охлаждения до начальной температуры его параметры не возвращаются к начальным значениям.
В биологии
Гистерезисные свойства характерны для скелетных мышц млекопитающих.
В почвоведении
Основная гидрофизическая характеристика почвы обладает гистерезисом.
В гидрологии
Зависимость Q=f(H) — связь расходов и уровней воды в реках — имеет петлеобразную форму.
В экономике
Некоторые экономические системы проявляют признаки гистерезиса: например, могут потребоваться значительные усилия, чтобы начать экспорт в какой-либо отрасли, но для его поддержания на постоянном уровне — небольшие.
В теории игр эффект гистерезиса проявляется в том, что небольшие отличия по одному или нескольким параметрам приводят две системы в противоположные стабильные равновесия, например, «хорошее» — доверие, честность и высокое благосостояние; и «плохое» — воровство, недоверие, коррупция и бедность. Несмотря на небольшие первоначальные различия, системы требуют огромных усилий для перехода из одного равновесия в другое.
Эффект гистерезиса — состояние безработицы; достигнув достаточно высокого уровня, она может в определенной мере самовоспроизводиться и удерживаться на нем. Экономические причины гистерезиса (долгосрочной негибкости рынка труда) неоднозначны. Некоторые институциональные факторы ведут к гистерезису. Например, социальное страхование, особенно страхование по безработице, может через налоговую систему снижать спрос фирм на рабочую силу в официальной экономике. Безработица может вести к потере человеческого капитала и к «помечиванию» тех, кто долгое время остается безработным.
В социологии
| Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. |
| В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011. |
Формирование общественного мнения и управление им никогда не осуществляется мгновенно. Всегда есть какая-то задержка. Это связано с полным или частичным отказом от стереотипного традиционного мышления и необходимостью «поддаться» в определенных случаях переубеждению и следованию новым взглядам, которые формируются определенными субъектами. В качестве субъектов формирования общественного мнения и управления им могут выступать государство, партии, общественные организации, их лидеры, руководители и управленцы различного уровня и др.
В характере формирования общественного мнения важно учитывать два существенных обстоятельства.
[2]
Одно из них указывает на взаимосвязь приложенных усилий субъектом влияния и достигнутым результатом. Уровень затраченной субъектом просветительской и пропагандистской работы можно соотносить с уровнем «намагниченности» (степенью вовлеченности в новую идею) объекта—носителя общественного мнения, социальную группу, коллектив, социальную общность или общество в целом; при этом может обнаружиться некоторое отставание объекта от субъекта. Переубеждение, в том числе с предполагаемыми деструктивными последствиями, далеко не всегда проходит успешно. Оно зависит от собственных моральных ценностей, обычаев, традиций, характера предыдущего воспитания, от этических норм, доминирующих в обществе и т. д.
Второе обстоятельство связано с тем, что новый этап формирования общественного мнения можно соотносить с историей объекта, его опытом, его оценкой теми, кто ранее выступал объектом формирования общественного мнения. При этом можно обнаружить, что «точка отсчета» времени формирования общественного мнения смещается относительно прежней, что является характеристикой самой системы и ее текущего состояния.
Литература по теме
В философии
Жиль Делёз использует понятие гистерезиса при характеристике монадологии Лейбница.
Математические модели гистерезиса
Появление математических моделей гистерезисных явлений обуславливалось достаточно богатым набором прикладных задач (прежде всего в теории автоматического регулирования), в которых носители гистерезиса нельзя рассматривать изолированно, поскольку они являлись частью некоторой системы. Создание математической теории гистерезиса относится к 60-м годам XX-го века[источник не указан 652 дня], когда в Воронежском университете начал работать семинар под руководством М. А. Красносельского, «гистерезисной» тематики. Позднее, в 1983 году появилась монография [3], в которой различные гистерезисные явления получили формальное описание в рамках теории систем: гистерезисные преобразователи трактовались как операторы, зависящие от своего начального состояния как от параметра, определённые на достаточно богатом функциональном пространстве (например, в пространстве непрерывных функций), действующие в некотором функциональном пространстве.
Простое параметрическое описание различных петель гистерезиса можно найти в работе [4] (замена в данной модели гармонических функций на прямоугольные, треугольные или трапецеидальные импульсы позволяет также получить кусочно-линейные петли гистерезисы, которые часто встречаются в дискретной автоматике, см. пример на Рис. 2).
Литература
В. А. Костицын, «Опыт математической теории гистерезиса», Матем. сб., 32:1 (1924), 192—202.
Примечания
Гистерезис в физике, теория и примеры
В физике понятие гистерезис обозначает явление, в котором параметр, определяющий состояние тела (вещества), проявляет неоднозначную зависимость от физической величины, характеризующей внешние условия (изменение внешних условий). Гистерезис наблюдают в случае, если состояние вещества в настоящий момент времени зависит не только от внешних условий сейчас, но и связано с предысторией состояний тела. Для того чтобы изменить состояние тела всегда необходимо время (время релаксации).
Чем медленнее производится процесс изменения внешних условий, тем меньше отставание в реакции. Для некоторых процессов замедление процесса изменений не уменьшает отставание. В таких случаях говорят о явлении гистерезиса.
Явление гистерезиса может проявляться не только в физике, но и в технике, биологии, экономике, социологии и т.д.
В физике наиболее часто имеют дело с гистерезисом магнитным, сегнетоэлектрическим и упругим.
Магнитный гистерезис
Намагниченность магнетиков, например, железа зависит не только от того какова напряженность магнитного поля в данный момент, но и от того в каком поле он находился до этого. Так, если взять кусок железа не намагниченного, поместить его в магнитном поле, увеличивать напряженность внешнего магнитного поля и измерять намагниченность железа, намагниченность будет постепенно расти, сначала резко, затем медленнее и при некоторых величинах напряженности поля перестанет увеличиваться. Железо достигает магнитного насыщения, при этом все элементарные токи ориентированы.
Получив насыщение, будем ослаблять внешнее магнитное поле. Намагниченность вещества станет уменьшаться, но этот процесс пойдет медленнее, чем происходил рост. Железо будет сохранять остаточную намагниченность при напряженности магнитного поля равном нулю. Для размагничивания железа требуется приложить внешнее магнитное поле, которое будет направлено в противоположную строну. Намагниченность железа зависит не только от того какова напряженность поля в рассматриваемый момент времени, но и предыстории состояний вещества. Графической характеристикой явления магнитного гистерезиса является петля гистерезиса.
Сегнетоэлектрический гистерезис
Если сегнетоэлектрик помещают в электрическое поле, сначала поляризация резко увеличивается, затем происходит насыщение. При уменьшении поля поляризация уменьшается медленнее, чем росла. В процессе уменьшения поля проявляется явление остаточной поляризации (при напряженности поля равной нулю, поляризация отличается от нуля). Явление сегнетоэлектрическое гистерезиса характеризуют при помощи замкнутой кривой, которую называют петлей гистерезиса.
Упругий гистерезис
Упругий гистерезис – это проявление явления внутреннего трения. Если создается циклическая нагрузка и разгрузка тела, то графически диаграмма напряжений – деформаций изображается как петля гистерезиса. Причиной возникновения упругого гистерезиса является появление в некоторых отдельных элементах тела местных пластических деформаций, которые создают в окружающем их пространстве остаточные напряжения.
Примеры решения задач
Физические механизмы гистерезиса магнитосопротивления гранулярных ВТСП
Исследованы температурные зависимости электросопротивления при различных величинах и ориентациях магнитного поля и транспортного тока композитов Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO и Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + BaPbO3, представляющих сеть джозефсоновских переходов. Ранее было показано, что указанные композиты демонстрируют значительный магниторезистивный эффект при температуре кипения жидкого азота, что перспективно для практического применения ВТСП-композитов в качестве высочувствительных датчиков магнитного поля.
В ходе исследований выявлено, что магнитосопротивление указанных материалов чувствительно к взаимной ориентации транспортного тока и магнитного поля. Обнаружено, что зависящее от угла θ между направлением транспортного тока и магнитного поля магнитосопротивление ведёт себя пропорционально sin2θ. Это указывает на то, что композиты на основе ВТСП, представляющие сеть джозефсоновских переходов, способны регистрировать не только величину, но также и вектор магнитной индукции.
С целью исследования гистерезисного поведения магнитосопротивления гранулярных ВТСП и его взаимосвязи с магнитным гистерезисом проведены измерения магнитосопротивления R(H) и критического тока IC(Н) композитов из ВТСП
Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 и CuO. В таких композитах реализуется сеть джозефсоновских переходов, причём несверхпроводящий ингредиент выступает в качестве барьеров между ВТСП гранулами. Гистерезисные зависимости магнитосопротивления R(H) исследованы в широком диапазоне плотности транспортного тока j и проанализированы в рамках двухуровневой модели гранулярного сверхпроводника, в которой диссипация происходит в джозефсоновской среде, а магнитный поток может закрепляться как в гранулах, так и в джозефсоновской среде.
Экспериментально продемонстрирована взаимосвязь между гистерезисом критического тока IC(Н) и эволюцией гистерезисной зависимости магнитосопротивления R(H) при варьировании транспортного тока. Исследовано влияние магнитной предыстории на гистерезисное поведение R(H) и появление участка с отрицательным магнитосопротивлением. Впервые показано, что зависимости R(H) характеризуются независящим от транспортного тока параметром — шириной петли гистерезиса R(H). Это проиллюстрировано на рис. 4a, b. На рис. 4a приведены гистерезисные зависимости R(H) образца YBCO + 30CuO при различных значениях транспортного тока I (2, 4, 7, 10 mA – снизу вверх) и различных величинах максимально приложенного поля Hmax = 1, 2, 3…7 kOe при T = 4.2 K. А на рис. 4b показана ширина гистерезиса магнитосопротивления ΔHR=const = H↓ – H↑ при R=const (транспортный ток 2–10 mA ) в зависимости от значений H↓ для данных R(H) образца YBCO + 30CuO рис. 4a. Такое поведение указывает на то, гистерезис магнитосопротивления определяется только магнитным потоком, захваченным в сверхпроводящих гранулах, а влияние захвата магнитного потока в джозефсоновской среде несущественно для гистерезиса транспортных свойств исследованных объектов.
Рис. 4.a Зависимости R(H) образца YBCO + 30CuO при различных значениях транспортного тока I (2, 4, 7, 10 mA – снизу вверх) и различных величинах максимально приложенного поля Hmax = 1, 2, 3…7 kOe при T = 4.2 K. Стрелки указывают направление изменения внешнего поля H. Зависимости R(H↑) (поле возрастает) показаны закрытыми символами, а зависимости R(H↓) (поле убывает) – открытыми символами. Штриховые линии поясняют определение значения полевой ширины гистерезиса ΔHR=const=H↓- H↑,
Рис. 4b Ширина гистерезиса магнитосопротивления ΔHR=const=H↓ — H↑ при R=const (транспортный ток 2-10 mA ) в зависимости от значений H↓ для данных R(H) образца YBCO + 30CuO на рис. 4.a
- Балаев Д.А., Гохфельд Д.М., Дубровский А.А., Попков С.И., Шайхутдинов К.А., Петров М.И., Гистерезис магнитосопротивления гранулярных ВТСП как проявление магнитного потока, захваченного сверхпроводящими гранулами, на примере композитов YBCO + CuO, ЖЭТФ, 2007,Т.
132, выпуск 6, с. 1340-1352.
- Balaev D.A., Gokhfeld D.M., Popkov S.I., Shaykhutdinov K.A., Petrov M.I. Hysteretic behavior of the magnetoresistance and the critical current of bulk Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO composites in a magnetic field // Physica C. – 2007. – V. 460-462. — № 2. – P. 1307-1308.
132, выпуск 6, с. 1340-1352.Лаборатория сильных магнитных полей
Определение понятия гистерезиса — особенности, применения в котлах
В данной статье мы рассмотрим явление под названием магнитный гистерезис, которое связано со свойствами намагничивания материала, благодаря которому он сначала намагничивается, а затем размагничивается. Рассмотрим кривые намагничивания, сохраняемость, а так же магнитную петлю гистерезиса.
Блок: 1/5 | Кол-во символов: 289
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-magnitnyj-gisterezis-krivye-magnitnogo-namagnichivanija.shtml
Что такое гистерезис?
Говоря простым и понятным языком – гистерезис это ответная, запоздалая реакция некой системы на определённый раздражитель (воздействие).
При устранении причины, вызвавшей ответную реакцию системы, либо в результате противоположного действия, она полностью или частично возвращается к первоначальному состоянию. Причём для такого явления характерно то, что поведение системы между крайними состояниями не одинаково. То есть: характеристики перехода от первоначального состояния и обратно – сильно отличаются.Явление гистерезиса наблюдается:
- в физике;
- электротехнике и радиоэлектронике;
- биологии;
- геологии;
- гидрологии;
- экономике;
- социологии.
Гистерезис может иметь как полезное, так и пагубное влияние на происходящие процессы. Это отчётливо просматривается в электротехнике и электронике, о чём речь пойдёт ниже.
Блок: 2/6 | Кол-во символов: 839
Источник: https://www.asutpp.ru/gisterezis.html
Описание явления магнитного гистерезиса
Мы знаем, что магнитный поток, создаваемый электромагнитной катушкой, представляет собой величину магнитного поля или силовых линий, создаваемых в данной области, и что его чаще называют «плотностью потока», обозначенным символ B с единицей измерения Тесла, Т.
Мы также знаем из предыдущих уроков, что магнитная сила электромагнита зависит от числа витков катушки, тока, протекающего через катушку, или от типа используемого материала сердечника, и если мы увеличим либо ток, либо число оказывается, мы можем увеличить напряженность магнитного поля H.
Ранее относительная проницаемость, символ µ r, определялась как отношение абсолютной проницаемости µ и проницаемости свободного пространства µ o(вакуум), и это задавалось как постоянная величина. Однако взаимосвязь между плотностью потока B и напряженностью магнитного поля H может быть определена тем фактом, что относительная проницаемость µ r не является постоянной величиной, а функцией интенсивности магнитного поля, что дает плотность магнитного потока как: B = M H .
Тогда плотность магнитного потока в материале будет увеличена в большей степени в результате его относительной проницаемости для материала по сравнению с плотностью магнитного потока в вакууме, µ o H, а для катушки с воздушной сердцевиной это соотношение определяется как:
Таким образом, для ферромагнитных материалов отношение плотности потока к напряженности поля ( B / H ) не является постоянным, а изменяется в зависимости от плотности потока. Тем не менее, для катушек с воздушной сердцевиной или любой сердцевины с немагнитной средой, такой как дерево или пластмасса, это отношение можно считать постоянной величиной, и эта постоянная известна как μ o , проницаемость свободного пространства ( μ o = 4.π.10 -7 ч / м ).
Построив значения плотности потока ( B ) против напряженности поля, ( Н ) мы можем произвести набор кривых , называемых Кривые намагничивания, кривые магнитного гистерезиса или более обычно BH кривые для каждого типа основного используемого материала.
Блок: 2/5 | Кол-во символов: 2039
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-magnitnyj-gisterezis-krivye-magnitnogo-namagnichivanija.shtml
Динамический гистерезис
Рассмотрим явление запаздывания ответной реакции во времени на примере механической деформации. Предположим у нас есть металлический стержень, обладающий упругой деформацией. Приложим к одному концу стержня силу, направленную в сторону другого конца, который покоится на опоре. Например, поставим стержень под пресс.
По мере возрастания давления, тело будет сжиматься. В зависимости от механических характеристик металла, реакция стержня на приложенную силу (напряжение) будет проявляться по-разному: вначале сила упругости постепенно будет возрастать, потом она резко устремится к пороговому значению. Достигнув порогового значения, сила упругого напряжения уже не сможет противодействовать возрастающему нагружению.
Если увеличивать силу давления, то в стержне произойдут необратимые изменения – он, либо изменит свою форму, либо разрушится. Но мы не будем доводить наш эксперимент до такого состояния. Начнём уменьшать силу давления. Реакция напряжения при этом будет меняться зеркально: вначале резко понизится, потом постепенно будет стремиться к нулю, по мере разгрузки.
Отставание процесса развития деформации во времени, под действием приложенного механического напряжения вследствие упругого гистерезиса описывается динамической петлей (см. рис. 2). Явление обусловлено особенностями перемещений дислокаций микрочастиц вещества.
Различают упругий гистерезис двух видов:
- Динамический, при котором напряжения изменяются циклически, а максимальная амплитуда напряжений не достигает пределов упругости.
- Статический, характерный для вязкоупругих или неупругих деформаций. При таких деформациях полностью, либо частично исчезают напряжения при снятии нагрузки.
Причиной динамического гистерезиса являются также силы термоупругости и магнитоупругости.
Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1799
Источник: https://www.asutpp.ru/gisterezis.html
Намагниченность или кривая B-H
Набор кривых намагничивания выше, представляет пример взаимосвязи между B и H для сердечников из мягкого железа и стали, но каждый тип материала сердечника будет иметь свой собственный набор кривых магнитного гистерезиса. Вы можете заметить, что плотность потока увеличивается пропорционально напряженности поля до тех пор, пока она не достигнет определенного значения, если оно больше не может становиться почти равным и постоянным, поскольку напряженность поля продолжает увеличиваться.
Это связано с тем, что существует ограничение на количество плотности потока, которое может генерироваться ядром, поскольку все домены в железе идеально выровнены. Любое дальнейшее увеличение не будет влиять на значение M , и точка на графике, где плотность потока достигает своего предела, называется магнитным насыщением, также известным как насыщение сердечника, и в нашем простом примере выше точки насыщения стальной кривой начинается примерно с 3000 ампер-витков на метр.
Насыщение происходит потому, что, как мы помним из предыдущей статьи по магнетизму, который включал теорию Вебера, случайное расположение структуры молекулы в материале ядра изменяется, когда крошечные молекулярные магниты в материале становятся «выстроенными».
По мере увеличения напряженности магнитного поля ( H ) эти молекулярные магниты становятся все более и более выровненными, пока они не достигнут идеального выравнивания, создавая максимальную плотность потока, и любое увеличение напряженности магнитного поля из-за увеличения электрического тока, протекающего через катушку, будет иметь мало или вообще не будет иметь эффекта.
Блок: 3/5 | Кол-во символов: 1632
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-magnitnyj-gisterezis-krivye-magnitnogo-namagnichivanija.shtml
В электронике и электротехнике
В электронике и электротехнике используются устройства, обладающие магнитным гистерезисом — различные магнитные носители информации, или электрическим гистерезисом, например, триггер Шмитта или гистерезисный двигатель.
Гистерезис используется для подавления шумов (быстрых колебаний, дребезга контактов) в момент переключения логических сигналов.
В электронных приборах всех видов наблюдается явление теплового гистерезиса: после нагрева прибора и его последующего охлаждения до начальной температуры его параметры не возвращаются к начальным значениям. Из-за неодинакового теплового расширения кристаллов полупроводников, кристаллодержателей, корпусов микросхем и печатных плат в кристаллах возникают механические напряжения, которые сохраняются и после охлаждения. Явление теплового гистерезиса наиболее заметно в прецизионных источниках опорного напряжения, используемых в измерительных аналого-цифровых преобразователях. В современных микросхемах относительный сдвиг опорного напряжения вследствие теплового гистерезиса составляет порядка 10—100 ppm.
Блок: 3/13 | Кол-во символов: 1088
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81
Гистерезис в разных материалах
Гистерезис – это комплексное понятие, характеризующее способность вещества накапливать энергию магнитного поля или другой величины за счет имеющихся магнитных связей между молекулами вещества или особенностей работы системы. Но таким эффектом могут обладать не только сплавы железа, кобальта и никеля. Титанат бария даст несколько иной результат, если его поместить в поле с определенной напряженностью.
Так как он является сегнетоэлектриком, то в нем наблюдается диэлектрический гистерезис. Обратная петля гистерезиса образуется при противоположной полярности подводимого к среде напряжения, а величина противоположного поля, действующего на материал, получило название коэрцитивная сила.
При этом величина поля может предшествовать разным напряженностям, что связано с особенностями фактического состояния диполей – магнитных моментов после прошлого намагничивания. Также на процесс влияют различные примеси, содержащиеся в составе материала. Чем их больше, тем труднее сдвинуть стенки диполей, поэтому остается так называемая остаточная намагниченность.
Блок: 4/7 | Кол-во символов: 1088
Источник: https://instrument.guru/elektronika/opredelenie-ponyatiya-gisterezisa-osobennosti-primeneniya-v-kotlah.html
Другие свойства
Кроме магнитного гистерезиса, также различают гальвономагнитный и магнитострикционный эффекты. В этих процессах наблюдается изменение электрического сопротивления за счет механической деформации материала. Сегнетоэлектрики под действием деформационных сил способны вырабатывать электрический ток, что объясняется пьезоэлектрическим гистерезисом. Также существует понятие электрооптического и двойного диэлектрического гистерезиса. Последний процесс имеет обычно наибольший интерес, так как сопровождается двойным графиком в зонах, приближающихся к точкам насыщения.
Блок: 6/7 | Кол-во символов: 582
Источник: https://instrument.guru/elektronika/opredelenie-ponyatiya-gisterezisa-osobennosti-primeneniya-v-kotlah.html
Для подробного изучения этого процесса нужно проанализировать отдельные участки кривой, обозначающей изменение индукции. Описание основных этапов:
- сначала наблюдается смещение границ между соседними доменами;
- далее ориентация моментов изменяется быстро в направлении силовых линий внешнего поля;
- на этой стадии новое расположение границ становится необратимым;
- этот участок характеризуется ростом отдельных доменов до максимального размера, магнитные моменты располагаются в точном соответствии линиям воздействующего поля;
- завершающий участок показывает отсутствие влияния на магнитные моменты напряженности, созданной соленоидом.
Если уменьшить силовые параметры внешнего поля, образуется петля гистерезиса что это такое показывать можно на первой картинке (по направлению стрелок). Следует обратить внимание, что кривые отличаются. Запаздывание индукции соответствует базовым принципам явления. При нулевой напряженности B≠0. Эту величину называют остаточной индукцией. Данная особенность объясняет понятный процесс создания постоянного магнита. Сердечник сохраняет соответствующие свойства даже после отключения источника питания.
Намагниченность можно убрать повешением температуры до уровня точки Кюри определенного материала. Аналогичный результат получают с помощью соответствующего внешнего силового поля (-Hc). Эта напряженность создает коэрцитивную силу, достаточную для размагничивания сердечника из стали либо другого ферромагнетика. Завершенный полностью цикл называют петлей магнитного гистерезиса.
Блок: 5/9 | Кол-во символов: 1555
Источник: https://amperof.ru/teoriya/petlya-gisterezisa.html
Намагниченность материалов и особенности переходных процессов следует учитывать при создании двигателей и трансформаторов. При эксплуатации этого оборудования в цепях переменного тока часть потребляемого электричества необходимо использовать для перемагничивания установленного сердечника. Аналогичные явления наблюдаются при работе коммутационных аппаратов. Изучение гистерезиса помогает увеличить КПД силовых машин и преобразователей напряжения, обеспечить необходимую скорость переключения реле.
Триггер Шмидта
На рисунке показана передаточная характеристика триггера Шмидта. Изменение выходного сигнала с определенным запаздыванием применяют для устранения ошибок при передаче информации. Обычный инвертор реагирует на импульсные помехи немедленным переключением. В данном случае временная задержка выполняет полезные функции фильтра. Она помогает корректно воспринимать управляющие сигналы в сложных условиях эксплуатации.
Такие решения применяют в электронике для исключения проблем при дребезге контактов. Расчетное замедление рабочих реакций можно пояснить с помощью типового терморегулятора. Если такое устройство создано без гистерезиса, переключения будут выполняться слишком часто. Однако в реальных условиях (отопление помещения) вполне достаточна точность ±3°C. Увеличив ширину петли, можно установить оптимальный диапазон для поддержания заданного температурного режима.
Блок: 6/9 | Кол-во символов: 1440
Источник: https://amperof.ru/teoriya/petlya-gisterezisa.html
Для наглядного эксперимента можно собрать простую схему, представленную ниже:
- резистором R1 ограничивают переменный ток, проходящий через обмотку катушки;
- с элемента R2 снимают напряжение для формирования картинки на экране осциллографа;
- емкость конденсатора подбирают таким образом, чтобы 1/(w*С) получилось намного меньше R3.
Эксперимент
После подключения к осциллографу на экране можно наблюдать петлю гистерезиса. Это изображение с учетом реального масштаба можно использовать для расчетов и оценки характеристик созданной катушки. В следующем списке приведено соответствие отдельных отрезков рассмотренным выше параметрам:
- ОА – коэрцитивная сила;
- ОС – остаточная индукция;
- ОД – индукция насыщения;
- ОВ – магнитное поле.
К сведению. По установленной площади петли можно определить потери. Размер этой области соответствует работе, которая затрачена на компенсацию коэрцитивных сил. Эта энергия разогревает ферромагнетик и фактически расходуется впустую.
Блок: 7/9 | Кол-во символов: 1022
Источник: https://amperof.ru/teoriya/petlya-gisterezisa.html
Гистерезис в отоплении
Гистерезис определение относится не только к ферромагнетикам, применяемым в электронике. Такой процесс может происходить и в термодинамике. Например, при организации отопления от газового или электрического котла. Регулирующим компонентом в системе является терморегулятор. Но только контролируемой величиной является температура воды в системе.
При ее снижении до заданного уровня котел включается, начиная подогрев до заданной величины. После чего выключается и процесс повторяется в цикле. Если снять показания температуры при нагреве и остывании системы при каждом цикле включения и выключения отопления, то получиться график в виде петли гистерезиса, который и получил название гистерезис котла.
В таких системах гистерезис выражается в температуре. Например, если он составляет 4°С, а температура теплоносителя установлена 18°С, то котел выключится, когда она достигнет значения 22°С. Таким образом, можно настроить любой приемлемый температурный режим в помещениях. А терморегулятор является, по сути, датчиком температуры или термостатом, который включает или выключает отопления при достижении нижнего и верхнего порога, соответственно.
Блок: 7/7 | Кол-во символов: 1169
Источник: https://instrument.guru/elektronika/opredelenie-ponyatiya-gisterezisa-osobennosti-primeneniya-v-kotlah.html
Материалы с магнитными свойствами разделяют на две группы по ширине петли гистерезиса. Магнитомягкие (узкий график) отличаются сравнительно небольшой коэрцитивной силой и соответствующими меньшими энергетическими затратами. Такие изделия применяют для изготовления электродвигателей, приводов, трансформаторов напряжения.
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы
Магнитотвердые отличаются увеличенным временем реакции на воздействие внешним полем. Эти материалы используют для создания микросхем памяти, постоянных магнитов.
Блок: 8/9 | Кол-во символов: 556
Источник: https://amperof.ru/teoriya/petlya-gisterezisa.html
Блок: 9/9 | Кол-во символов: 6
Источник: https://amperof.ru/teoriya/petlya-gisterezisa.html
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:
- https://www.asutpp.ru/gisterezis.html: использовано 2 блоков из 6, кол-во символов 2638 (12%)
- https://amperof.ru/teoriya/petlya-gisterezisa.html: использовано 6 блоков из 9, кол-во символов 5605 (25%)
- https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81: использовано 1 блоков из 13, кол-во символов 1088 (5%)
- https://wiki2.org/ru/%D0%93%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81: использовано 1 блоков из 13, кол-во символов 541 (2%)
- https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/gisterezis/: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 5549 (25%)
- https://instrument.guru/elektronika/opredelenie-ponyatiya-gisterezisa-osobennosti-primeneniya-v-kotlah.html: использовано 3 блоков из 7, кол-во символов 2839 (13%)
- https://meanders.ru/chto-takoe-magnitnyj-gisterezis-krivye-magnitnogo-namagnichivanija.shtml: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 3960 (18%)
Гистерезис в адсорбции — База знаний
Адсорбционный гистерезис
Кроме того, существует явление, что изотерма десорбции закрывается со стороны изотермы адсорбции при том же равновесном давлении, даже если размер пор изменяется (без особого случая гистерезиса низкого давления). Это явление показывает, что причина замкнутой изотермы десорбции не связана с размером пор и обусловлена физическими свойствами адсорбента при температуре адсорбции. Такое поведение обусловлено кавитациями адсорбционной фазы в порах. Анализ распределения пор по размерам, полученный из изотермы десорбции, всегда имеет пик в 3,4 нм поры из-за давления кавитации. Эту часть необходимо игнорировать при использовании десорбции изотермы N2 при 77К, поскольку это не связано с конденсацией пор на материале.
Десорбция азота с кавитацией при 77,4 К
Распределение пор по размерам мезопористого кремнезема На следующих рисунках представлены график распределения пор по размерам и картина TEM пористого кремнеземистого материала.
Пик размера пор (29 нм), показанный красным кругом, вычисляется из изотермы адсорбции, а пик размера пор (18 нм), показанный синим кругом, вычисляется из изотермы десорбции. Эти два типа отличаются примерно на 10 нм. Сравнение этих двух данных с наблюдением срезаемого материала методом TEM показывает хорошее согласие с размером пор, полученным из изотермы адсорбции. Также на этом материале имеются неоднородные поры в сочетании со сложностью. В настоящее время метод газовой адсорбции полезен для определения размера пор, но трудно определить форму пор. Поэтому, необходимо выбрать правильную теорию анализа путем определения формы пор из литературы или TEM/SEM измерений
Российские физики исследовали влияние взаимодействия между магнитными наночастицами на магнитный гистерезис
Команда исследователей из Сибирского федерального университета, Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН и Сибирского университета науки и технологий изучила магнитный гистерезис в наногранулированных композитах.
Результаты проведённого микромагнитного моделирования, которые можно применить в электротехнике и при создании новых функциональных элементов для информационных технологий, опубликованы в Journal of Magnetism and Magnetic Materials. Исследования поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований и Красноярским краевым фондом поддержки научной и научно-технической деятельности.
Магнитные материалы на основе наночастиц (магнитные коллоиды, наногранулированные материалы) используются в биомедицине, экологии, катализе и наноэлектронике. Сферу применения материала определяет петля магнитного гистерезиса, которая отражает особое свойство некоторых физических систем. Такие системы не сразу реагируют на приложенные силы, на их ответ влияют силы, приложенные ранее, т. е. эти системы зависят от собственной истории. Гистерезис индивидуальной магнитной наночастицы к настоящему моменту хорошо изучен. Для больших массивов частиц принимаются во внимание эффекты межчастичных взаимодействий. Одно из основных — магнитное диполь-дипольное взаимодействие. С увеличением расстояния между частицами оно убывает достаточно медленно, поэтому магнитный гистерезис будет зависеть от объёмной доли частиц.
Детальный микромагнитный расчёт этой зависимости выполнили для наночастиц, хаотически распределённых на плоскости, при этом средняя плотность частиц различалась. Также была учтена случайная ориентация осей лёгкого намагничивания частиц (это направление в ферро- или ферримагнетике, вдоль которого намагничивание образца до предельных значений происходит легче всего). Это соответствует условиям стандартных магнитометрических исследований порошков и некоторых приложений (частицы, распределённые в немагнитных матрицах). Оказалось, что диполь-дипольное взаимодействие изменяет зависимость коэрцитивной силы (напряжённость магнитного поля, необходимая для полного размагничивания образца) от объёмной концентрации частиц — от нелинейной монотонной до зависимости с максимумом. Это изменение определяется соотношением энергии магнитной анизотропии индивидуальной частицы (зависимости её магнитных свойств от выбранного направления в образце) и удельной дипольной энергии.
«Рассмотренная модель хорошо описывает наногранулированные плёнки, имеющие перспективы применения в магнитных датчиках, магнитных экранах и элементах магнитооптической памяти. Важно, что магнитные свойства плёнок зависят от соотношения магнитной и немагнитной фазы. Проведённые расчёты позволяют подобрать концентрацию частиц, оптимальную для достижения необходимого уровня магнитного гистерезиса», — рассказывает Оксана Ли, доцент кафедры физики Сибирского федерального университета.
Гранулированные плёнки с нанометровыми магнитными гранулами относятся к функциональным материалам. Их используют в радиоэлектронике, в высокочастотных устройствах микроэлектроники, вычислительной технике, при создании беспроводных сетей, где они увеличивают скорость передачи данных. Свойства гранулированных сред зависят от доли магнитных гранул: они обладают большой намагниченностью насыщения, высоким электрическим сопротивлением и исключительно широким диапазоном магнитной проницаемости.
Гистерезис
Гистерезис в общем понятии (от греческого – отстающий) — это свойство определенных физических, биологических и иных систем, которые реагируют на соответствующие воздействия с учетом текущего состояния, а также предыстории.
Гистерезис характерен т.н. «насыщением», и различными траекториями соответствующих графиков, отмечающих состояние системы в данный момент времени. Последние, в итоге, имеют форму остроугольной петли.
Если же рассматривать конкретно электротехнику, то каждый электромагнитный сердечник после окончания воздействия электрического тока в течение некоторого времени сохраняет собственное магнитное поле, называемое остаточным магнетизмом.
Его величина зависит, прежде всего, от свойств материала: у закаленной стали она существенно выше, чем у мягкого железа.
Но, в любом случае, явление остаточного магнетизма всегда присутствует при перемагничивании сердечника, когда необходимо размагнитить его до нуля, а затем изменить полюс на противоположный.
Любое изменение направления тока в обмотке электромагнита предусматривает (из-за наличия вышеуказанных свойств материала) предварительное размагничивание сердечника. Только после этого он может поменять свою полярность — это известный закон физики.
Для перемагничивания в обратном направлении необходим соответствующий магнитный поток.
Другими словами: изменение магнитной индукции сердечника не «поспевает» за соответствующими изменениями магнитного потока, которое оперативно создает обмотка.
Вот эта временная задержка намагничивания сердечника от изменений магнитных потоков и получило название в электротехнике как гистерезис.
Каждое перемагничивание сердечника предусматривает избавление от остаточного магнетизма путем воздействия противонаправленным магнитным потоком. На практике это приводит к определенным потерям электроэнергии, которые тратятся на преодоление «неправильной» ориентации молекулярных магнитиков.
Последние проявляются в виде выделения тепла, и представляют так называемые затраты на гистерезис.
Таким образом, стальные сердечники, например, статоров или якорей электродвигателей или генераторов, а также силовых трансформаторов, должны иметь по возможности наименьшую корреляционную силу. Это позволит снизить гистерезисные потери, повысив в итоге КПД соответствующего электрического агрегата или прибора.
Сам процесс намагничивания определяется соответствующим графиком – так называемой петлей гистерезиса. Она представляет замкнутую кривую, отображающую зависимость скорости намагничивания от изменения динамики напряженности внешнего поля.
Большая площадь петли подразумевает, соответственно, и большие затраты на перемагничивание.
Также практически во всех электронных приборах наблюдается и такое явление, как тепловой гистерезис – невозвращение после прогрева аппаратуры к изначальному состоянию.
В электротехнике и электронике явление гистерезиса используется в различных магнитных носителях информации (например, триггерах Шмидта), или в специальных гистерезисных электродвигателях.
Широкое распространение этот физический эффект нашел также в различных устройствах, предназначенных для подавления различных шумов (дребезг контактов, быстрые колебания и т. п.) в процессе переключения логических схем.
Определение магнитного гистерезиса с пермеаметром Fahy Simplex
% PDF-1.4 % 101 0 объект > эндобдж 96 0 объект > поток application / pdf
Определение кривой BH и петли гистерезиса
Определение кривой BH Метод разворотаОбразец в форме кольца, размеры которого известны, используется для этой цели
После размагничивания испытание начинается с установки тока намагничивания на минимальное значение испытательной лопасти.
Когда ключ гальванометра K закрыт, образец железа приводится в «воспроизводимое циклическое магнитное состояние» путем поворота реверсивного переключателя S назад и вперед примерно двадцать раз.
Ключ K теперь открыт, и значение потока, соответствующее этому значению H, измеряется путем поворота переключателя S и отслеживания хода гальванометра.
Значение плотности потока, соответствующее этому H, может быть вычислено путем деления потока на площадь образца.
Вышеуказанная процедура повторяется для различных значений H вплоть до максимальной точки тестирования.
Кривая BH может быть построена на основе измеренных значений B, соответствующих различным значениям H.
Пошаговый методСхема для этого теста показано на рис.
Обмотка намагничивания питается через делитель потенциала, имеющий большое количество ответвлений.
Отводы расположены таким образом, что сила намагничивания H может увеличиваться за несколько подходящих шагов до желаемого максимального значения. Образец перед испытанием размагничивают.
Отводной выключатель S установлен на отвод I, а выключатель S замкнут. Наблюдается бросок гальванометра, соответствующий этому увеличению плотности потока в образце, от нуля до некоторого значения B.
Пошаговый методПосле достижения точки максимума H i.e … когда переключатель S находится в положении ответвления 10, ток намагничивания затем постепенно снижается до нуля путем перемещения переключателя 2 вниз через точки ответвления 9, 8, 7 3, 2, 1.
После При уменьшении силы намагничивания до нуля отрицательные значения H получаются путем реверсирования подачи питания на делитель потенциала и последующего перемещения переключателя S вверх в порядке 1, 2, 3 7, 8. 9, 10.
Этот тест проводится в несколько шагов, но с изменением плотности потока на каждом шаге измеряется изменение максимального значения + Bm до некоторого более низкого значения.
Но перед тем, как начать следующий этап, образец железа пропускают через оставшуюся часть цикла намагничивания обратно до плотности потока + Bm. Таким образом сохраняется циклическое состояние намагниченности.
Соединения для метода разворота показаны на рис.
Идентификация гистерезиса в меридианных системах человека на основе модели NARMAX
линия меридиана человека демонстрирует нелинейное динамическое поведение, когда возбуждение электроакупунктуры осуществляется в другой точке меридиана.Это нелинейное явление на самом деле является гистерезисным. Чтобы изучить характеристики меридианов человека и, наконец, найти способ улучшить лечение заболеваний с помощью метода электроакупунктуры, необходимо определить модель, описывающую соответствующий динамический гистерезисный феномен меридианных систем человека, стимулируемых электроакупунктурой. В этой статье предлагается метод идентификации с использованием нелинейной авторегрессии и модели скользящего среднего с экзогенным входом (NARMAX) для моделирования динамического гистерезиса в человеческом меридиане.Поскольку гистерезис — это нелинейная система с многозначным отображением, традиционная модель NARMAX для нее недоступна напрямую. Таким образом, создается расширенное входное пространство для преобразования многозначного отображения гистерезиса во взаимно-однозначное отображение. Затем разрабатывается метод идентификации с использованием модели NARMAX на построенном расширенном входном пространстве. Наконец, предложенный метод применяется к моделированию гистерезиса для меридианных систем человека.
1. Введение
Известно, что электроакупунктура является современным продолжением традиционной акупунктуры, которая существует более трех тысяч лет в истории Китая.На основе теории традиционной китайской медицины было обнаружено, что точки акупунктуры могут быть сгруппированы в линии, называемые меридианной системой человеческого тела. В [1] сообщается, что система меридианов оказывает значительное влияние на здоровье человека. Ссылки [2, 3] иллюстрируют, что меридианная система имеет архитектуру с множеством каналов, позволяющих легко проходить электрическим сигналам. С другой стороны, в [4] дан обзор электрических свойств акупунктурных точек и меридианов.
В настоящее время большинство результатов исследований в области электроакупунктуры сосредоточено на анализе импеданса в точках акупунктуры [2, 3, 5–8]. Обратите внимание, что система меридианов — это, по сути, сеть из нескольких линий или каналов. В каждом канале есть несколько точек акупунктуры, расположенных вдоль линии. Было обнаружено, что между этими точками в каждом канале существует определенная взаимосвязь. Следовательно, анализ, зависящий только от импеданса отдельной точки акупунктуры, не отражает основную характеристику передачи сигнала в меридиональной системе человека.Одна из альтернатив — стимулировать акупунктурную точку в канале электрическим сигналом и одновременно измерить соответствующие реакции других акупунктурных точек в том же канале. Таким образом можно оценить соответствующие характеристики передачи сигнала в измеряемом канале. Чтобы правильно оценить свойства меридиональных каналов, необходимо построение точной модели для описания поведения меридиональных каналов. Более того, полученные модели также могут быть использованы для понимания и улучшения акупунктурной терапии, подготовки врачей-акупунктурных специалистов, оценки схемы терапии и т. Д.
Некоторые результаты исследований показали, что меридианная система человека является динамической системой [2, 3, 9]. В этом случае идентификация модели для описания динамического поведения меридиана является эффективным способом оценки производительности, моделирования и разработки оптимальной стимуляции для лечения болезни. В [9] разработана модель авторегрессии и скользящего среднего для описания системы меридианов человека. Он хорошо подходит для отклика, когда возбуждающий сигнал имеет низкую частоту, а входная амплитуда довольно мала.Однако, когда частота возбуждающего входа выше или амплитуда возбуждающего сигнала больше, это будет иллюстрировать некоторую нелинейную характеристику, особенно может быть обнаружено гистерезисное поведение. Таким образом, для описания этой системы следует рассматривать нелинейную динамическую модель.
В этой статье описывается динамическое гистерезисное поведение меридианной системы человека. Поскольку гистерезис — это негладкая нелинейность с многозначным отображением, традиционная идентификация, которая используется для гладких систем с однозначным отображением, напрямую недоступна.Чтобы преобразовать многозначное отображение гистерезиса в однозначное отображение, формируется расширенное входное пространство. Затем для идентификации динамического гистерезиса человеческого меридиана применяется нелинейная модель авторегрессии и скользящего среднего с внешними входными данными. Эта статья организована следующим образом: в разделе 2 обсуждается гистерезисный феномен в человеческом меридиане. Затем в разделе 3 представлено расширенное пространство ввода, построенное с помощью ввода и модифицированного гистерезисного оператора.На основе расширенного входного пространства в разделе 4 разработана модель NARMAX для описания гистерезисного поведения человеческого меридиана. Для оценки параметров модели гистерезиса NARMAX используется рекурсивный общий алгоритм идентификации (RGIA). В разделе 5 обсуждается сходимость алгоритма идентификации. После этого в разделе 6 проиллюстрированы экспериментальные результаты предложенного метода моделирования. Наконец, краткое изложение представлено в Разделе 7.
2. Динамический гистерезис в человеческом меридиане
В этом разделе мы покажем соответствующий отклик человеческого меридиана, когда синусоидальный вход с синусоидальным сигналом с разными частотами применяется к стимуляция меридианной системы.В этом эксперименте для тестирования выбран канал меридиана Тай-Инь-Лунг. Соответствующая экспериментальная конфигурация измерения меридионального сигнала показана на рисунке 1. Точка стимуляции — это Чизе (LU5), а точка Шаошан (LU11) соединена с землей. Измеренная точка меридиана: Lieque (LU7) . На рисунке 2 показано, что гистерезисное поведение произошло в отклике измеренной точки Lieque . Обратите внимание, что соответствующее поведение гистерезиса меняется в зависимости от частоты.Дело в том, что ширина замкнутых кривых увеличивается с увеличением частоты входного сигнала. Таким образом, можно видеть, что нелинейность, очевидно, существует в отклике из-за явления асимметрии и зависимости от скорости. Более того, из экспериментальных результатов можно узнать, что гистерезис в человеческом меридиане имеет следующие характеристики, а именно: (1) характеристики, зависящие от изменения частоты входного сигнала; (2) многозначное сопоставление выходного сигнала с его входным сигналом; и (3) негладкость в точках поворота при использовании входа с более низкой частотой.
В этой ситуации традиционные методы идентификации довольно сложно напрямую использовать для моделирования гистерезиса, существующего в человеческом меридиане. Существование гистерезиса в человеческом меридиане можно объяснить напряжением и спазмом, вызванными внешней стимуляцией.
До сих пор были предложены некоторые методы моделирования гистерезиса, например, модель Прейзаха [10, 11] и модель Прандтля-Ишлинского (PI) [12]. В этих методах в качестве базовых функций для моделирования использовались простые операторы люфта.Поэтому для получения точных моделей необходимо задействовать множество операторов. Несмотря на то, что для описания гистерезисных систем была предложена некоторая модифицированная модель Прейзаха [10, 13], а также модифицированная модель PI [14], структуры этих модифицированных схем все еще очень сложны. Чтобы упростить архитектуру модели для описания поведения гистерезиса, в [15], а также в [16] были разработаны так называемые гистерезисные модели на основе расширенного входного пространства. В расширенном пространстве ввода в качестве одной из координат в расширенном пространстве ввода был введен гистерезисный оператор, который извлекал основную характеристику движения гистерезиса.Таким образом, многозначное отображение гистерезиса может быть преобразовано в однозначное отображение между входами и выходами. Одним из преимуществ метода расширенного входного пространства является то, что он позволяет избежать вычисления градиента, особенно в негладких точках гистерезиса.
3. Расширенное пространство ввода
В этом разделе разработан гистерезисный оператор для извлечения основного признака гистерезиса и формирования координаты помимо входной координаты в расширенном пространстве ввода.
Хорошо известно, что гистерезис можно описать моделью Прейзаха. Следовательно, гистерезис является непрерывным и образует замкнутый цикл на диаграмме ввода-вывода, когда ввод циклически проходит между двумя экстремумами.
Тогда, основываясь на [16], оператор гистерезиса определяется как: где — текущий вход, — текущий выход, — доминирующий экстремум, примыкающий [16] к текущему входу. является выходом оператора, когда есть вход.
Следовательно, исходя из свойств оператора гистерезиса (см. [16]), если он находится в дискретном времени, леммы 3.1 и 3.2 составлены соответственно, то есть
Лемма 3.1. Позвольте, и являются множества непрерывных функций на. Если существуют два соседних момента времени и (), такие что, но и не являются локальными экстремумами, то.
Лемма 3.2. Если существуют два соседних момента времени и (), такие что, то.
Замечание 3.3. В лемме 3.1, если и не являются локальными экстремумами, то в этом случае крайние значения между и не выбираются в период выборки.В этой ситуации гистерезисный оператор не может описать тенденцию изменения гистерезиса. Например, предположим, что и () — два соседних момента времени, в данном случае если и, но выход гистерезиса, соответствующий одному из входных значений, находится в зоне увеличения, в то время как выход гистерезиса, соответствующий другому входному значению, находится в зона уменьшения. В этом случае локальный экстремум между этими двумя выходными значениями гистерезиса явно пропущен в период выборки. Следовательно, гистерезисный оператор не может описать тенденцию изменения гистерезиса, если такая ситуация произойдет.
Для решения проблемы пропуска экстремума в следующей теореме предлагается модифицированная схема оператора гистерезиса.
Теорема 3.4. Если, и и не являются локальными доминирующими экстремумами, а, где и являются соседними моментами времени и, тогда локальные доминирующие экстремумы расположены в сегменте между точками и не могут быть отобраны в течение периода выборки. В этом случае пропущенный локальный доминирующий экстремум можно оценить по: и соответствующий модифицированный гистерезисный оператор в оцениваемом локальном доминирующем экстремуме равен где для максимальной оценки и для минимальной оценки.
Доказательство. As, и не являются локальными экстремумами, тогда как и находятся в зонах увеличения и уменьшения соответственно на основании (3.2) и, это приводит к: потом Следовательно, . Кроме того, . Итак, это приводит к: Таким образом, является локальным максимальным экстремумом между и. Тогда соответствующий выход гистерезисного оператора равен Кроме того, у нас есть соответственно. Очевидно, что, и удовлетворяет условию леммы 3.1.
Аналогично, если это локальная доминирующая точка минимума, может быть описана как Следовательно, объединяя (3.7) и (3.11), оцениваемый локальный доминантный экстремум можно переписать в виде Тогда справедлива следующая теорема.
Теорема 3.5. Если гистерезис можно описать с помощью модели Прейзаха, существует непрерывное взаимно-однозначное отображение:, такое, что.
Доказательство. Во-первых, доказывается, что отображение взаимно однозначно. Рассмотрим следующие случаи.
Случай 1. Предположим, что это не локальный экстремум. В терминах леммы 3.1, если существуют два разных момента времени и, то Следовательно, координата однозначно соответствует гистерезису.
Случай 2. Предположим, что это локальный экстремум. В этом случае для двух разных моментов времени и будет Случай 3. Предположим, где и — соседние моменты времени, а локальные экстремумы расположены в отрезке между точками и не могут быть получены в пределах периода времени.В этой ситуации, основываясь на теореме 3.4, мы можем использовать эти две точки для аппроксимации локальных доминирующих экстремумов.
По свойству гистерезиса типа Прейзаха. Тогда координата будет однозначно соответствовать гистерезису.
Комбинируя вышеупомянутые три ситуации, получается, что отображение один-к-одному. Далее будет проверено, что отображение является непрерывным.
Согласно свойству гистерезиса типа Прейзаха, если это дает
Тогда, учитывая лемму 3.2, если можно сделать вывод, что
Тогда у нас есть.
Следовательно, можно сделать вывод, что существует непрерывное взаимно однозначное отображение: такое, что.
Замечание 3.6. Изложенная выше теорема показывает, что построенное расширенное входное пространство, состоящее из двух координат, то есть, и.
Замечание 3.7. На основании теоремы 3.5 модифицированный гистерезисный оператор представляет собой комбинацию (3.2) — (3.4). Мы можем использовать модифицированный гистерезисный оператор, чтобы построить расширенное пространство ввода.
Также было доказано, что расширенное входное пространство является компактным множеством [16]. Следовательно, отображение между выходом и входом гистерезиса в этом расширенном входном пространстве является взаимно-однозначным отображением.
4. Нелинейная модель ARMAX для гистерезиса
На основе вышеупомянутого расширенного входного пространства, нелинейная модель авторегрессии и скользящего среднего с экзогенным входом (NARMAX) [17] применяется для идентификации динамического гистерезиса в человеческом меридиане. . В этой модели выход гистерезисного оператора в расширенном входном пространстве используется как экзогенный вход.Соответствующая гистерезисная модель может быть описана следующим образом: где — входной вектор, — это экзогенный входной вектор, который фактически является выходным вектором гистерезисного оператора, является авторегрессивным вектором и является выходом модели NARMAX; — динамическое отображение между входным пространством и выходом гистерезисной модели; ,, и — запаздывания для последовательностей, и, соответственно. Для упрощения представления (4.1) также можно записать в виде где — сумма максимального запаздывания модели, — это набор, который состоит из авторегрессивных, скользящих средних и экзогенных входных элементов модели.Следовательно, соответствующая модель NARMAX, основанная на расширенном пространстве ввода, может быть описана следующим образом: где — вектор коэффициентов, состоящий из коэффициентов, — порядок модели. Более того, чтобы упростить представление модели, все переменные модели в правой части модели могут быть объединены в вектор, состоящий из комбинаций произведений от до от степени 1 до, то есть:
Таким образом, (4.3) можно описать как выражение линейной регрессии:
Для определения структуры модели, то есть оценки порядка и отставания модели от входных и выходных данных, применяется информационный критерий Акаике (AIC) [18].Поскольку для метода AIC необходимо знать распределение вероятностей данных, которое обычно неизвестно, мы заменяем функцию правдоподобия квадратичной функцией ошибок модели. Таким образом, мы имеем: где и — оценка вектора коэффициентов и порядка модели соответственно; представляет собой квадратичную функцию ошибок модели при условии, т. е. где и — ошибка модели и номер данных соответственно. Найдя максимальное значение.Затем мы должны сформировать правильную комбинацию, и методом проб и ошибок, чтобы минимизировать и удовлетворить ограничение. Наконец, полученное минимизированное значение используется для получения максимального значения. Таким образом, можно указать подходящую и правильную комбинацию, и.
Затем соответствующий рекурсивный алгоритм общей идентификации (RGIA) [19] применяется к оценке параметров предложенной модели. Этот алгоритм сводится к минимуму квадратичного критерия, то есть где вектор данных заменен соответствующим, — взвешенный коэффициент, и; это количество данных.Онлайн-РГИА выглядит следующим образом: где — сходящийся множитель, который не только удовлетворяет условиям, заданным в [20], но также находится в пределах (0, 1), и
5. Сходимость алгоритма идентификации
Определение 5.1 (см. [20]). Позвольте, является вектор истинного значения параметров модели. Кроме того, это означает, что на идентификацию влияют оценочные ошибки внутренних переменных.
Предположение 5.2. Гистерезисная система, существующая в человеческом меридиане, является стабильной BIBO, поэтому она ограничена для любого ограниченного входа.
Далее будет рассмотрен анализ сходимости рекурсивного алгоритма идентификации в случае отсутствия шума.
Лемма 5.3. Предположим, что входной сигнал ограничен, но может полностью возбуждать систему, тогда он удовлетворяет, где оба и являются ограниченными положительными действительными числами.
Доказательство. Предположим, что входной сигнал ограничен.Рассмотрение предположения 5.2 приводит к тому, что система гистерезиса человеческого меридиана является стабильной по BIBO. Таким образом, элементы оценочного вектора данных, то есть ограничены. Это означает, что существуют два положительных действительных числа и, и они приводят к
Теорема 5.4. Для алгоритма, описанного формулами (4.9) — (4.15), который применяется к оценке параметров гистерезисной модели, представленной формулами (4.1) — (4.5), если он соответствует следующим условиям, то есть (1) условие леммы 5.3 удерживается; (2) — положительно определенная матрица; кроме того, (3) , тогда оцененный вектор параметров будет сходиться к истинному значению вектора параметров, as, где и — максимальное и минимальное собственные значения, соответственно. В (5.4) равно Доказательство этой теоремы приведено в Приложении.
6. Результаты экспериментов
Предложенный метод идентификации применяется для моделирования гистерезиса, присущего меридиональным системам человека.В этом эксперименте синусоидальный сигнал с затухающей амплитудой, показанный в (6.1), используется для стимуляции точки меридиана Kongzui на канале Тайинь-легкие, но измеряется реакция другой точки меридиана Chize в том же канале: в то время как входной сигнал реализован, чтобы возбудить ту же точку и получить данные для проверки валидации модели.
Соответствующий график ввода-вывода полученного гистерезисного оператора, упомянутого в разделе 3, показан на рисунке 3, и оператор гистерезиса можно использовать для определения тенденции гистерезиса.Затем соответствующая гистерезисная модель NARMAX используется для описания меридионального канала человека. Более того, на основе полученных входных и выходных данных структура модели определяется критерием AIC, представленным (4.6) и (4.7). В эксперименте процедура выбора порядка показана в таблице 1. Она показывает, что наилучший результат достигается, когда, и, соответственно. Путем случайной установки начальных значений вектора коэффициентов внутри и ковариационной матрицы для RGIA, показанного в (4.17), полученный результат проверки модели NARMAX для гистерезиса в человеческом меридиане показан на рисунке 4, а рисунок 5 иллюстрирует соответствующую ошибку моделирования гистерезисной модели NARMAX.
| |||||||||||||||||||||||
Для сравнения, модель ARMAX на расширенном входном пространстве также используется для определения гистерезиса, присущего человеческому меридиану.Структура модели выбрана как, и соответственно. Рекурсивный алгоритм наименьших квадратов (RLS) реализован для оценки параметров. Рисунки 6 и 7 иллюстрируют результат проверки модели и ошибку моделирования модели ARMAX, соответственно. Из сравнения видно, что модель NARMAX достигла лучших результатов моделирования, чем метод ARMAX.
7. Заключение
В этой статье нелинейная модель авторегрессии и скользящего среднего с внешними входными данными применяется для моделирования гистерезисного поведения меридиональных систем человека.Поскольку гистерезис представляет собой негладкую нелинейность с многозначным отображением, традиционный метод идентификации, который используется для гладких систем с однозначным отображением, напрямую в этом случае недоступен. Чтобы преобразовать многозначное отображение гистерезиса в однозначное отображение, формируется расширенное входное пространство. Затем для идентификации динамического гистерезиса человеческого меридиана применяется нелинейная модель авторегрессии и скользящего среднего с внешними входными данными. После этого метод RGIA используется для оценки параметров модели.Результаты экспериментов показывают, что предложенный метод лучше, чем метод моделирования ARMAX. Это дает нам возможность идентифицировать модель меридианного канала в человеческом теле, чтобы построить потенциальную цифровую систему человеческих меридианов для обучения врачей, оценки схемы лечения заболеваний и моделирования человеческих меридианов.
Приложение
Доказательство. Из (4.9) — (4.15) это приводит к Известно, что это положительно определенная матрица. Следовательно, соответствующую квадратичную функцию можно определить как где, — истинное значение вектора параметров модели.Вычитая обе части (4.10), получаем
Тогда подстановка (A.4) в (A.3) дает Уравнение (A.5) также можно переписать как Кроме того, подстановка (4.12), (A.1) и (A.2) в (A.6) приводит к
Учитывать коэффициент забывания и является положительно определенной матрицей. Также предполагается, что удовлетворяет (5.4). Таким образом, это приводит к Следовательно, это приводит к: Исходя из условий (5.2) и (5.3) теоремы, это даст: На основании (.9) и (.10), когда получаем, т. Е.
Выражение признательности
Эта работа частично поддержана проектом Leading Academic Discipline Project Шанхайского педагогического университета (гранты № DZL811 и DRL904), Программой инноваций Шанхайской муниципальной комиссии по образованию (гранты № 11YZ92 и 13YZ056), Национальным научным фондом. Китая (гранты NSFC № 61203108, 60971004 и 61171088), Шанхайский фонд естественных наук (грант №09ZR1423400) и Комиссией по науке и технологиям муниципалитета Шанхая (гранты № 09220503000 и 10JC1412200).
[PDF] Определение гистерезиса в конечных случайных блужданиях с использованием байесовской перекрестной проверки
ПОКАЗЫВАЕТ 1–10 ИЗ 20 ССЫЛОК
СОРТИРОВАТЬ ПО Релевантности Статьи, на которые наибольшее влияние оказали Недавнее время
О некоторых критериях оценки порядка цепи Маркова
1975) предложил процедуру оценки порядка цепи Маркова на основе информационного критерия Акаике (AIC).В этой статье асимптотическое распределение оценки AIC: Развернуть
- Просмотреть 1 отрывок, справочная информация
Широко применимый байесовский информационный критерий
Широко применимый байесовский информационный критерий (WBIC) определяется средней функцией логарифмического правдоподобия по апостериорному распределению с обратной температурой 1 / log n, где n — количество обучающих выборок, и математически доказано, что WBIC имеет то же асимптотическое расширение, что и свободная энергия Байеса, даже если статистическая модель сингулярна или нереализуема статистические модели.Развернуть- Просмотреть 1 отрывок, ссылки на методы
Выбор модели и усреднение модели
Эта книга — первая книга, в которой синтезируются исследования и практика из этой активной области подгонки моделей, с обсуждением частотных и байесовских методов и примерами реальных данных, дополненными выводов, обеспечивающих более глубокое понимание методологии. Развернуть- Просмотреть 4 выдержки, справочная информация
Выбор модели регрессии и временных рядов в небольших выборках
РЕЗЮМЕ Коррекция смещения информационного критерия Акаике, AIC, получена для моделей регрессии и авторегрессии временных рядов.Коррекция особенно полезна, когда размер выборки невелик,… Развернуть
- Посмотреть 1 отрывок, ссылки на методы
Новый взгляд на идентификацию статистической модели
История развития проверки статистических гипотез в анализе временных рядов кратко рассматривается, и указывается, что процедура проверки гипотез адекватно не определяется как… Развернуть
- Просмотреть 2 выдержки, ссылки на методы
Как рассчитать гистерезис для вашего бюджета неопределенности
Гистерезис является источником неопределенности, который влияет на многие типы измерительного оборудования и связанные с ними результаты измерений.Проведя быстрый поиск в Интернете, вы найдете множество исследований, посвященных гистерезису. Если вы посмотрите руководства производителя и спецификации, вы можете найти спецификации, связанные с гистерезисом. Однако вы не увидите гистерезис, обычно включаемый в бюджеты неопределенности лаборатории.
Когда я читал многие из доступных исследований, большинство из них были связаны с электрическим гистерезисом и магнетизмом. Лишь после поиска механического или упругого гистерезиса я начал находить информацию полезной для большинства калибровочных и испытательных лабораторий.
Тем не менее, вы не найдете много статей, конкретно посвященных изучению воздействия на измерительные устройства.
Поэтому я решил создать руководство по гистерезису для калибровочных и испытательных лабораторий, чтобы вы могли учесть его в своих бюджетах неопределенности (если это применимо).
В этом руководстве вы узнаете следующую информацию о гистерезисе:
- Что такое гистерезис
- Почему важен гистерезис
- Когда следует включать гистерезис
- Как уменьшить гистерезис
- Формулы для расчета гистерезиса
- Как выполнить тест гистерезиса
- Как рассчитать гистерезис
Согласно Оксфордскому словарю английского языка, гистерезис — это явление, при котором значение физического свойства отстает от изменения вызывающего его эффекта.
Согласно НАСА, гистерезис — это реакция конструкции на нагрузку и разгрузку, которая обычно связана с потерями энергии при циклической нагрузке и, следовательно, демпфированием конструкции.
Это определение мне нравится больше всего.
Для вас это означает, что результат вашего измерения при увеличении нагрузки, силы, давления и т. Д. Не совпадает с результатом при уменьшении нагрузки, силы, давления и т. Д. Если вы не приняли это во внимание при выполнении тестов или калибровок, тогда вы добавите дополнительную неопределенность своим результатам.
Если это происходит с вашим испытательным и измерительным оборудованием и влияет на результаты ваших измерений, вы можете рассмотреть гистерезис в ваших бюджетах неопределенности.
Гистерезис важен, потому что он способствует погрешности результатов измерения.
Если вы не знаете о влиянии гистерезиса и о том, как его уменьшить, вы можете получить ошибочные результаты при выполнении измерений.Что еще хуже, вы можете передать эту ошибку в результаты измерений вашего клиента, даже не подозревая об этом.
В некоторых случаях это может не иметь для вас большого значения. Однако, если вы включите в оценку риски и затраты, ваши мысли могут измениться.
Попробуйте присвоить своим ошибкам стоимость. Если бы ваши ошибки измерения привели к денежным убыткам (связанным с отказами, ремонтами, простоями или несоответствующими работами), стали бы вы иначе относиться к гистерезису?
Изменится ли ваша точка зрения, если ваши ошибки измерения повлияют на здоровье или жизнь человека?
Хотя обычно это не так, вы должны знать о рисках и последствиях ошибок измерения, а также о негативных последствиях, которые они могут вызвать.Вот почему важен гистерезис.
Если вам интересно, просто выполните поиск в Google по гистерезису. Вы будете поражены тем, сколько исследований было опубликовано по этой теме.
Учитывайте гистерезис при анализе неопределенности, когда известно, что он влияет на ваш тип измерительной системы или на результаты ваших измерений.
Гистерезис может возникать в различных типах измерительного оборудования и систем, включая:
- Электроизмерительное оборудование,
- Механическое измерительное оборудование и
- Оборудование для термодинамических измерений.
Изучите инструкции и спецификации производителя вашего оборудования, чтобы выяснить, влияет ли гистерезис на результаты ваших измерений. Если это не указано производителем, вы можете найти дополнительную информацию, прочитав свои методы испытаний или процедуры калибровки.
Если гистерезис упоминается (и приводится его собственная спецификация), он, скорее всего, значительный и должен быть включен в ваш анализ неопределенности. В противном случае вы можете исключить его из своего бюджета на неопределенность.
Просто убедитесь, что вы провели какое-то исследование, прежде чем решать, включать ли его в свой анализ неопределенности.
Гистерезис неизбежен, но его влияние можно минимизировать .
Чтобы уменьшить влияние гистерезиса, принято проверять оборудование перед использованием или калибровкой. Это означает, что вам следует несколько раз загрузить и разгрузить оборудование, прежде чем использовать его.
Большинство руководств производителей, процедур калибровки и методов испытаний рекомендуют эту практику, чтобы уменьшить влияние гистерезиса.
Взгляните на выдержки ниже. Я собрал утверждения из нескольких руководств, методов и процедур, которые рекомендуют тренировку оборудования перед использованием.
CDI Multitest Manual: Калибровка динамометрического ключа
Если вы используете оборудование, на которое может влиять гистерезис, вы можете минимизировать этот эффект, проверив оборудование перед использованием или калибровкой.В соответствии с приведенными выше утверждениями, кажется, что лучше всего тренировать оборудование в течение минимум 3 циклов (загрузка и разгрузка), прежде чем оно будет использовано.
Если вам нужно рассчитать гистерезис для бюджетов неопределенности, вы можете использовать два метода.
Метод 1: максимальная разница между увеличением и уменьшением масштаба
Этот метод является наиболее распространенным.Вы найдете его опубликованным во многих документах, в том числе:
Это уравнение учитывает разницу между загрузкой и разгрузкой во всем диапазоне измерений. Преимущество этого метода заключается в том, что вы найдете максимальную ошибку гистерезиса независимо от того, где она встречается в диапазоне.
Однако проблема этого метода заключается в том, что вы можете смешать смещение и линейность, что приведет к завышению оценочной неопределенности.
Метод 2: Разница между повышением и понижением при среднем и нулевом уровнях.
Этот метод менее распространен, чем первый. Я нашел его в Техническом руководстве MSL 25: Калибровка весов несколько лет назад и решил попробовать.
Сегодня MSL заменила эту формулу в своем Техническом руководстве 25, но я все еще предпочитаю иногда ее использовать. Мне нравится этот метод, потому что он учитывает нулевые изменения.
Однако он оценивает гистерезис только на среднем уровне. Это может быть проблемой, поскольку максимальная разница не всегда наблюдается на среднем уровне.Убедитесь, что вы приняли это во внимание при использовании этого уравнения.
Выполнение теста гистерезиса не очень сложно, если у вас есть оборудование. Просто следуйте инструкциям ниже.
В противном случае, возможно, у вас уже есть данные в одном из отчетов о калибровке. В таком случае нет необходимости проводить этот тест. Можно переходить к анализу данных.
Метод 1: максимальная разница между увеличением и уменьшением масштаба 1.Выберите элемент для проверки гистерезиса (например, шкалу, манометр и т. Д.)
2. Выберите оборудование для сравнения.
3. Перед испытанием при необходимости потренируйте оборудование.
4. При отсутствии нагрузки обнулите тестируемое устройство и запишите результат.
5. Постепенно увеличивайте нагрузку (например, с шагом 10%) на тестируемом устройстве и записывайте результат после каждого шага.
6. Постепенно уменьшайте нагрузку (например, с шагом 10%) на тестируемом устройстве в обратном порядке и записывайте результат после каждого шага.
7. Проанализируйте результаты.
1. Выберите элемент для проверки гистерезиса (например, шкалу, манометр и т. Д.)
2. Выберите оборудование для сравнения.
3. Перед испытанием при необходимости потренируйте оборудование.
4. При отсутствии нагрузки обнулите тестируемое устройство и запишите результат (y Z1 ).
5. Загрузите тестируемое устройство до 50% полной шкалы и запишите результат (y h2 ).
6. Загрузите тестируемое устройство до 100% полной шкалы.
7. Уменьшите нагрузку на тестируемое устройство до 50% от полной шкалы и запишите результат (y h3 ).
8. Уменьшите нагрузку до нуля и запишите результат (y Z2 ).
9. Проанализируйте результаты.
Если у вас есть результаты измерений, полученные в результате внутренних испытаний, или отчет о калибровке, вы можете рассчитать гистерезис. Просто выберите метод, который вы хотите использовать для анализа, и следуйте приведенным ниже инструкциям.
Метод 1: максимальная разница между увеличением и уменьшением масштаба 1. Создайте таблицу. Создайте в Microsoft Excel таблицу, подобную той, что показана на изображении ниже.
Введите результаты вашего апскейл-теста в столбец апскейл.
Введите результаты теста уменьшения масштаба в столбец уменьшения масштаба.
Гистерезис является источником неопределенности, который многими считается важным, но не включается в большинство бюджетов неопределенности. Многие методы и процедуры содержат инструкции по уменьшению гистерезиса, но вы, скорее всего, не сможете его устранить.Следовательно, вам следует учесть это в своем анализе неопределенности и включить его в свой бюджет неопределенности, если это применимо.
Это руководство дало вам много информации о гистерезисе; что это такое, почему это важно и когда включать в свой бюджет неопределенности. Кроме того, вы должны были научиться выполнять тест на гистерезис и как анализировать результаты для анализа неопределенности.
Обладая этой информацией, вы сможете легко рассчитать гистерезис и добавить его в свои бюджеты неопределенности.
Гистерезис и его измерение
Гистерезис можно определить как то, что происходит, когда физическое состояние зависит от его истории. Классическим примером гистерезиса в действии является бытовой термостат. Он имеет встроенный гистерезис для предотвращения быстрой смены циклов. Его низкие уровни включения и высокие уровни отключения предназначены для предотвращения быстрого переключения системы отопления / охлаждения, которое могло бы быстро повредить и в конечном итоге разрушить контроллеры и нагрузки.
Магнитно-мягкий материал в конечном итоге насыщается при приложении магнитного поля, достигая плотности магнитного потока насыщения.Если приложенное магнитное поле постепенно ослабевает до нуля, материал демонстрирует остаточную намагниченность. Такое поведение вызывает гистерезисное поведение. Гистерезис на кривой поведения триггера Шмитта выражен более резко. Как и в этих двух примерах, кривые гистерезиса часто напоминают параллелограмм, но не всегда. Примером может служить обычная резинка. Растягивание ремешка дает определенную длину, но ремешок показывает немного большую длину, поскольку он разгружен, потому что ремешок не полностью подчиняется закону Гука.Во многих примерах гистерезиса графики поведения образуют петлю или кривую гистерезиса, где одна переменная имеет другое значение в зависимости от направления изменения другой. Один пример такого поведения можно найти в магнитомягких материалах; эта зависимость от истории лежит в основе памяти на жестких дисках.
Гистерезис часто делится на две категории: простой гистерезис (или гистерезис, не зависящий от скорости) и гистерезис, зависящий от скорости. Системы, демонстрирующие гистерезис, не зависящий от скорости, имеют постоянную память о прошлом, которая остается после того, как переходные процессы исчезли.Петли магнитного гистерезиса в магнитомягком материале не зависят от скорости. Напротив, гистерезис, зависящий от скорости, подразумевает динамическую задержку между входом и выходом. Если вход становится равным нулю, выход продолжает отвечать в течение конечного времени. Таким образом, память о прошлом ограничена, потому что она исчезает, когда выходной сигнал уменьшается до нуля. Фазовое отставание зависит от частоты входа и стремится к нулю при падении частоты. Примером гистерезиса, зависящего от скорости, является гистерезис из-за диссипативных эффектов, таких как трение.
Дребезг контактов в переключателях и шум в электрических сигналах можно уменьшить с помощью
Схема устранения дребезга, изображенная Texas Instruments. Красные линии на сигнале входа триггера обозначают область гистерезиса. Здесь V T обозначает входное пороговое напряжение.намеренно добавлен гистерезис. Примером может служить триггер Шмитта, схема компаратора, в которой гистерезис реализуется путем подачи положительной обратной связи на неинвертирующий вход. Выход сохраняет свое значение до тех пор, пока вход не изменится достаточно, чтобы вызвать изменение выхода.Говорят, что триггер Шмитта обладает памятью, что позволяет ему функционировать как бистабильный мультивибратор, также известный как защелка или триггер. Другие приложения — это компьютерная память, релаксационные генераторы, генераторы функций и импульсные источники питания.
Зазор шестерни иллюстрирует механический гистерезис в компонентах машины. Небольшой зазор между зацепляющимися шестернями допускает потерю хода (люфт) — если вращение ведущей шестерни меняется на обратное, ведомая шестерня не начнет двигаться, пока ведущая шестерня не восстановит контакт.Цилиндрические зубчатые колеса имеют наибольший люфт, планетарные редукторы — малый люфт, а редукторы с гармонической передачей — без люфта.
Измерение качества гистерезиса обычно несложно. В качестве примера рассмотрим процедуру измерения гистерезиса магнитных сердечников, используемую в индукторах и трансформаторах. Петля магнитного гистерезиса позволяет многое узнать о таких факторах, как потери мощности в сердечнике и максимально допустимая модуляция. Более того, эти качества часто не входят в спецификации материала.Они должны быть определены для индивидуального использования, потому что форма волны, частота, рабочий цикл и другие факторы влияют на них.
Для измерения свойств сердечника сердечник должен иметь две обмотки: считывающую и управляющую. У обоих одинаковое количество витков, обычно чем больше, тем лучше. На первую обмотку подается переменный ток интересующей частоты. Его ток I прямо пропорционален напряженности поля H. Вторая обмотка измеряет результирующее напряжение E. Затем можно рассчитать индукцию B.
При измерениях магнитной индукции сердечника используется тот факт, что генерируемый E в обмотках пропорционален изменению магнитного потока dΦ внутри сердечника: E = -N (dΦ / dt). Плотность потока равна произведению магнитной индукции и площади поперечного сечения сердечника, Φ = B · Ac. Связь между изменением индукции и E: ΔB = (Δt · E) / (- N · Ac). Интеграция этого изменения индукции ΔB позволяет рассчитать индукцию как функцию от B:
Современные цифровые осциллографы обычно имеют математические опции, которые включают интеграцию, которая позволяет самому осциллографу выполнять это измерение. Интегрирование вторичного напряжения дает поток в В-сек (Webers). Преобразуется в плотность потока как B = Φ / (N · Ac)
.Для отображения кривой гистерезиса осциллограф установлен в режим X-Y с напряженностью поля H, нанесенной на ось X, и плотностью потока B на оси Y.
Наконец, последний гистерезисный эффект, который следует учитывать: одним из многих печальных последствий нынешней чумы covid-19 является рост числа безработных.К сожалению, оказывается, что структурная безработица гистерезисна. Это означает, что в лучшем случае между концом Covid-19 и полной занятостью будет значительный временной лаг. Существует множество факторов, которые могут внести большой гистерезис в уравнение рабочего места после пандемии. Например, потеря профессиональных навыков значительной частью безработных или изменения в должностных инструкциях, которые приводят к устареванию ранее ценных знаний работников.
Конечно, нельзя быть уверенным, что эта мрачная оценка полностью верна.Будем надеяться, что кривая гистерезиса окажется небольшой.
Модель аналитического гистерезиса (AnOHM v1.0): методика определения коэффициентов теплового потока накопителя
Бумага с описанием модели 27 июл 2017
Бумага с описанием модели | 27 июл 2017
Тинг Сан 1,2,3 , Чжи-Хуа Ван 4 , Уолтер К.Эчел 5,6 и Сью Гриммонд 1 Тинг Сан и др. Тинг Сан 1,2,3 , Чжи-Хуа Ван 4 , Уолтер К. Эчел 5,6 и Сью Гриммонд 1- 1 Кафедра метеорологии, Университет Рединга, Ридинг, RG6 6BB, Великобритания
- 2 Кафедра гидротехники, Университет Цинхуа, Пекин 100084, Китай
- 3 Государственная ключевая лаборатория гидронауки и инженерии, Цинхуа Университет, Пекин 100084, Китай
- 4 Школа устойчивого развития и искусственной среды, Аризона Государственный университет, Темпе, AZ 85287, США
- 5 Группа исследования глобальных изменений, Департамент биологии, штат Сан-Диего Университет, Сан-Диего, Калифорния 92182, США
- 6 Департамент окружающей среды, Земли и экосистем, Открытый университет, Милтон Кейнс, MK7 6AA, Великобритания
- 1 Кафедра метеорологии, Университет Рединга, Ридинг, RG6 6BB, Великобритания
- 2 Кафедра гидротехники, Университет Цинхуа, Пекин 100084, Китай
- 3 Государственная ключевая лаборатория гидронауки и инженерии, Цинхуа Университет, Пекин 100084, Китай
- 4 Школа устойчивого развития и искусственной среды, Аризона Государственный университет, Темпе, AZ 85287, США
- 5 Группа исследования глобальных изменений, Департамент биологии, штат Сан-Диего Университет, Сан-Диего, Калифорния 92182, США
- 6 Департамент окружающей среды, Земли и экосистем, Открытый университет, Милтон Кейнс, MK7 6AA, UK
Корреспонденция : Тинг Сун ([email protected]) и Сью Гриммонд ([email protected])
Скрыть данные об авторе Получено: 8 декабря 2016 г. — Начало обсуждения: 10 января 2017 г. — Исправлено: 18 июня 2017 г. — Принято: 19 июня 2017 г. — Опубликовано: 27 июля 2017 г.Чистый тепловой поток аккумулирующего тепла (Δ Q S ) важен для баланса городской поверхностной энергии (SEB), но его определение остается серьезной проблемой. Гистерезис суточной зависимости между Δ Q S и суммарным всеволновым излучением ( Q ∗ ) был зафиксирован в параметризации модели объективного гистерезиса (ОМ) Δ Q S .Несмотря на успешное использование в городских районах, ограниченная доступность коэффициентов для OHM затрудняет его применение. Чтобы облегчить использование и улучшить физическую интерпретацию коэффициентов OHM, проводится аналитическое решение одномерного уравнения адвекции-диффузии связанного переноса тепла и жидкой воды в сочетании с SEB, что позволяет разработать AnOHM (модель аналитического гистерезиса) . Тест на чувствительность AnOHM к свойствам поверхности и гидрометеорологическому воздействию представлен с использованием стохастического подхода (моделирование подмножества).Тест на чувствительность показывает, что наиболее важными являются альбедо, коэффициент Боуэна и коэффициент объемного переноса, солнечная радиация и скорость ветра. Показано, что AnOHM, обусловленный местными метеорологическими условиями на пяти участках с различным землепользованием, моделирует скважину потока Δ Q S (значения RMSE ∼30Wm −2 ). Исследована внутригодовая динамика коэффициентов ОМ. AnOHM предлагает значительный потенциал для улучшения моделирования баланса поверхностной энергии в более широком диапазоне условий и земных покровов.
.