理论教育 USIT中的效应使用与表达方法

USIT中的效应使用与表达方法

时间:2023-08-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:单一物质中所体现的转换通常被称为一种效应。转换器是表示传感器和致动器的基本元素。当[a-t-a]转换器连接在一起,一个转换器的输出就变成了另一种转换器的输入,即TRIZ中的效应“串联”。USIT只使用了效应串联,而没有使用更复杂的复合效应形式,诸如并联、反馈等。一个转换器[a-t-a],可以是效应物质,例如石英晶体,也可以是由物质所组成的技术系统,例如用玻璃制成的水银温度计。若使这种体积的相关变化明显可见,可使用玻璃毛细管盛装水银。

USIT中的效应使用与表达方法

USIT大量使用了效应的概念和内涵,但是规避了“效应”这个术语,而是用“转换器(transduction)”和“属性(attribute)”两个术语来对效应做了另一种诠释:

[属性][转换][属性]

如果与TRIZ的效应对比,会发现二者形式上完全一致:

[输入][效应][输出]

由上面的表述可见,USIT与经典TRIZ一致的是输入与输出的定义,不一致的是在输入、输出端广泛使用了经典TRIZ中原来没有的“属性”的概念,认为转换(即效应)是属性的相互作用所致。单一物质中所体现的转换通常被称为一种效应。例如,石英氧化锌和其他缺少对称中心的晶体会呈现出压电效应

转换器是表示传感器和致动器的基本元素。各种传感器、电磁开关、自动注射器应变仪等设备中都有转换器。这些设备以不同的科学原理工作;例如,偏转电容、应变电阻率、磁致伸缩、压电效应等,即通过将偏转转换成电容,应变转换成电阻,磁场转换成应变、应变转换成电势等。本质上,转换是藉由效应,让能量从一种形式向另一种形式的转换:如由电到力、由力到电、由电到磁等。因此,转换现象是从一种属性向另一种属性的转变:压力到应变,磁场到应变,应变到磁场等。

决定一个转换器是传感器或致动器,由其输入和输入特性决定——传感器的输出为电属性(电流、电压、阻抗等);致动器输入为电属性,输出为机械属性(位移、力等):

传感器/致动器 [输入][转换][输出]

传感器[属性] [转换][电属性]

致动器[电属性] [转换]……[机械属性](www.daowen.com)

转换器中文表示为“属性-转换-属性”,用英文表示为“[a-t-a]”。当[a-t-a]转换器连接在一起,一个转换器的输出就变成了另一种转换器的输入,即TRIZ中的效应“串联”。USIT只使用了效应串联,而没有使用更复杂的复合效应形式,诸如并联、反馈等。

当两个转换器[a-t-a][a-t-a]串联时,转换器之间的属性符号不必重复书写,[a-t-a][a-t-a]可以简化为:[a-t-a-t-a]。

一个转换器[a-t-a],可以是效应物质,例如石英晶体,也可以是由物质所组成的技术系统,例如用玻璃制成的水银温度计。对前者而言,[a-t-a]表述为[应变][压电][电势],石英晶体的应变引起不同晶体面的电势差;对后者而言,[a-t-a]表现为[内能][热膨胀][位移],温度的属性内能使水银膨胀,其长度沿着刻度线发生显著变化。玻璃水银温度计的基本结构如图6-5所示。

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图6-5 玻璃水银温度计的基本结构

由于玻璃水银温度计是一个技术系统,比单纯考虑水银的热膨胀稍微复杂一点。水银是液体,热膨胀产生的三维体积膨胀是各向同性的,在无约束状态下,这种体积膨胀不易观察。若使这种体积的相关变化明显可见,可使用玻璃毛细管盛装水银。玻璃比水银的热膨胀系数更低,玻璃毛细管只允许水银在一个维度运动而阻止它向另外两个维度发生位移。玻璃是透明的,透明的属性让水银的线性位移极易观测。由此,水银的热膨胀性与玻璃毛细管的形状约束性这两个属性相结合,将水银限定为线性膨胀。

水银的效应表示为[内能][热膨胀][形状],玻璃毛细管效应表示为[形状][把变形限定在一个方向][长度]。玻璃水银温度计可表示为:[内能][热膨胀][形状][把变形限定在一个方向][长度]。

当发明者都能按照如上所述的“属性的转换”来开发问题的概念解时,会启发他们想到更多的思路,形成更多的解决方案

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