El papel Teledeltos es un papel conductor de electricidad . Está formado por una capa de carbón en una cara de una hoja de papel , dando una cara negra y otra blanca. Western Union desarrolló papel Teledeltos a finales de 1940 (varias décadas después de que ya estaba en uso para la elaboración de modelos matemáticos) para su uso en impresoras chispa basados fax máquinas y registradores de gráficos . [1]
El papel Teledeltos tiene varios usos dentro de la ingeniería que están muy lejos de su uso original en las impresoras de chispa. Muchos de ellos utilizan el documento para modelar la distribución de campos eléctricos y otros campos escalares .
Usar
Teledeltos proporciona una hoja de una resistencia uniforme, con resistividad isotrópica en cada dirección. Como es barato y se corta fácilmente a la forma, se puede utilizar para hacer resistencias únicas de cualquier forma necesaria. El respaldo de papel también forma un conveniente aislante del banco. Por lo general, se hacen para representar o modelar algún ejemplo del mundo real de un campo escalar bidimensional , donde es necesario estudiar la distribución del campo. Este campo puede ser un campo eléctrico o algún otro campo que siga las mismas reglas de distribución lineal.
La resistividad de Teledeltos ronda los 6 kiloohmios / cuadrado. [2] [i] Esto es lo suficientemente bajo como para que pueda usarse con voltajes bajos seguros, pero lo suficientemente alto como para que las corrientes permanezcan bajas, evitando problemas con la resistencia de contacto .
Las conexiones se hacen al papel pintando en áreas de pintura conductora cargada con plata y uniéndoles cables, generalmente con clips de resorte. [2] [3] Cada área pintada tiene una resistividad baja (en relación con el carbono) y, por lo tanto, se puede suponer que tiene un voltaje constante. Con los voltajes aplicados, el flujo de corriente a través de la hoja emulará la distribución de campo. Los voltajes se pueden medir dentro de la hoja aplicando una sonda de voltímetro (en relación con uno de los electrodos conocidos) o se pueden medir los flujos de corriente. Como la resistividad de la hoja es constante, la forma más sencilla de medir un flujo de corriente es usar un pequeño voltímetro de dos sondas para medir la diferencia de voltaje entre las sondas. Como se conoce su espaciamiento y la resistividad, la resistencia entre ellos y (según la ley de Ohm ) el flujo de corriente se puede determinar fácilmente.
Una suposición en algunos casos es que el campo circundante es 'infinito', esto también requeriría una hoja infinita de Teledeltos. Siempre que la hoja sea simplemente "grande" en comparación con el área experimental, una hoja de tamaño finito es suficiente para la mayoría de las prácticas experimentales. [3]
Trazado de campo
La técnica básica para trazar un campo es construir primero un modelo de las variables independientes , luego usar sondas de medidor de voltaje para medir las variables dependientes . Por lo general, esto significa aplicar voltajes conocidos en ciertos puntos y luego medir voltajes y corrientes dentro del modelo. Los dos enfoques básicos son aplicar electrodos y un voltaje en puntos conocidos dentro de una hoja grande de Teledeltos (modelando un campo infinito) o bien cortar una forma de Teledeltos y luego aplicar voltajes a sus bordes (modelando un campo acotado). [2] [3] Existe una asociación práctica común de que los modelos de campo eléctrico suelen ser infinitos y los modelos térmicos suelen estar acotados.
Modelado de campos por analogía
Aunque el modelado de campos eléctricos es en sí mismo directamente útil en algunos campos como el diseño de válvulas termoiónicas , [4] el principal uso práctico de la técnica más amplia es para modelar campos de otras cantidades. Esta técnica se puede aplicar a cualquier campo que siga las mismas reglas lineales que la ley de Ohm para resistividad aparente. Esto incluye el flujo de calor, algunas ópticas y algunos aspectos de la mecánica newtoniana. Por lo general, no es aplicable a la dinámica de fluidos, debido a los efectos de viscosidad y compresibilidad, ni a la óptica de alta intensidad donde los efectos no lineales se hacen evidentes. Puede ser aplicable a algunos problemas mecánicos que involucran materiales homogéneos e isotrópicos como metales, pero no a compuestos.
Antes del uso de Teledeltos, se había utilizado una técnica similar para modelar los flujos de gas, donde se usaba una bandeja poco profunda de solución de sulfato de cobre como medio, con electrodos de cobre a cada lado. Las barreras dentro del modelo se pueden esculpir con cera. Al ser un líquido, esto era mucho menos conveniente. Stanley Hooker describe su uso antes de la guerra, aunque también señala que los efectos de compresibilidad podrían modelarse de esta manera, esculpiendo la base del tanque para dar profundidad adicional y, por lo tanto, conductividad localmente. [5]
Una de las aplicaciones más importantes es el modelado térmico. El voltaje es el análogo de la temperatura y el flujo de corriente del flujo de calor . Si los límites de un modelo de disipador de calor están pintados con pintura conductora para formar dos electrodos separados, cada uno puede mantenerse a un voltaje para representar las temperaturas de alguna fuente de calor interna (como un chip de microprocesador) y la temperatura ambiente externa. Los potenciales dentro del disipador de calor representan las temperaturas internas y los flujos de corriente representan el flujo de calor. En muchos casos, la fuente de calor interna puede modelarse con una fuente de corriente constante , en lugar de un voltaje, dando una mejor analogía de la pérdida de potencia como calor, en lugar de asumir una simple temperatura constante. Si el flujo de aire externo está restringido, el electrodo 'ambiental' puede subdividirse y cada sección conectada a un suministro de voltaje común a través de una resistencia o limitador de corriente, que representa la capacidad de flujo de calor proporcional o máxima de esa corriente de aire.
Como los disipadores de calor se fabrican comúnmente a partir de secciones de aluminio extruido , el papel bidimensional no suele ser una limitación importante. En algunos casos, como los pistones para motores de combustión interna, es posible que se requiera un modelado tridimensional. Esto se ha realizado, de manera análoga al papel Teledeltos, utilizando tanques de volumen de un electrolito conductor. [6]
Esta técnica de modelado térmico es útil en muchas ramas de la ingeniería mecánica , como el diseño de radiadores o disipadores de calor y la fundición a presión . [7]
El desarrollo del modelado computacional y el análisis de elementos finitos ha reducido el uso de Teledeltos, por lo que la técnica ahora es oscura y los materiales pueden ser difíciles de obtener. [2] Su uso sigue siendo muy valioso en la enseñanza, ya que la técnica proporciona un método muy obvio para medir campos y ofrece retroalimentación inmediata a medida que se cambia la forma de una configuración experimental, fomentando una comprensión más fundamental. [3] [4]
Sensores
Teledeltos también se puede utilizar para fabricar sensores , ya sea directamente como un elemento resistivo integrado o indirectamente, como parte de su proceso de diseño.
Sensores resistivos
Una pieza de Teledeltos con electrodos conductores en cada extremo forma una resistencia simple . Su resistencia es ligeramente sensible a la tensión mecánica aplicada por flexión o compresión, pero el sustrato de papel no es lo suficientemente robusto como para ser un sensor confiable para uso a largo plazo.
Un sensor resistivo más común tiene la forma de un potenciómetro . Una resistencia larga y delgada con un voltaje aplicado puede tener una sonda conductora deslizada a lo largo de su superficie. El voltaje en la sonda depende de su posición entre los dos contactos finales. Dicho sensor puede formar el teclado de un instrumento musical electrónico simple como un Tannerin o Stylophone .
Un sensor lineal similar utiliza dos tiras de Teledeltos, colocadas cara a cara. La presión en la parte posterior de uno (la presión del dedo es suficiente) presiona las dos caras conductoras juntas para formar un contacto de menor resistencia. Esto se puede usar de manera potenciométrica similar a la sonda conductora, pero sin requerir la sonda especial. Esto se puede usar como demostración en el aula para otro instrumento musical electrónico, con un teclado controlador de cinta , como el Monotron . Si se utilizan electrodos cruzados en cada pieza de Teledeltos, se puede demostrar un panel táctil resistivo bidimensional .
Sensores capacitivos
Aunque Teledeltos no se utiliza para fabricar sensores capacitivos, sus capacidades de modelado de campo también permiten que se utilice para determinar la capacitancia de electrodos de forma arbitraria durante el diseño del sensor. [2]
Ver también
- Análisis de elementos finitos
- Analogía hidráulica
- Paño espacial
Referencias
- ^ Tenga en cuenta que las unidades de resistividad para una hoja bidimensional son ohmios / cuadrado (), no el medidor de ohmios (Ω⋅m) s que se usaría para la resistividad de una resistencia a granel.
- ^ Grosvenor Hotchkiss, Papel de registro electrosensible para aparatos telegráficos facsímiles e instrumentos de gráficos gráficos , Western Union Technical Review, vol. 3, No, 1 (enero de 1949); página 6.
- ↑ a b c d e Larry K. Baxter (1996). "Soluciones analíticas" . Sensores capacitivos: diseño y aplicaciones . John Wiley e hijos. pag. 25. ISBN 078035351X.
- ^ a b c d "Trazado de campo con papel Teledeltos" (PDF) . Departamento de Ingeniería Electrónica y Física Aplicada, Aston University. Archivado desde el original (PDF) el 18 de julio de 2004.
- ^ a b Bob Pease (30 de mayo de 1994). "¿Qué es todo esto de Teledeltos, de todos modos?" .
- ^ Hooker, Stanley (2002). No es muy ingeniero. Una autobiografía . Shrewsbury: Airlife Publ. págs. 9-10. ISBN 1-85310-285-7.
- ^ Chamberlin, RH (1963-1964). "El motor diesel Napier Deltic en locomotoras de línea principal" . Proc. Inst. Mech. Ing . 178 (3): 66.
- ^ John L., Jorstad (septiembre de 2006). "Tecnología del futuro del aluminio en fundición a presión" (PDF) . Ingeniería de fundición a presión : 19. Archivado desde el original (PDF) el 12 de noviembre de 2010.