ТИП. Технические измерения и приборы Средства измерений
 Скачать 6.34 Mb.
|
Технические измерения и приборыСредства измеренийСредства измерений Средствами измерений называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные погрешности. Виды средств измерений: меры; измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные информационные системы МерыМерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Примером мер являются измерительная катушка сопротивления или гиря. Набор мер представляет собой специально подобранный комплект мер для воспроизведения ряда одноименных величин различного размера, например, магазин сопротивлений. Однозначные меры воспроизводят одно значение физической величины, например, стабильные источники питания. Многозначные меры воспроизводят плавно или дискретно ряд значений одной и той же величины, например, измерительные генераторы и калибраторы напряжения. Мера разности электрических потенциалов является электрохимическим образцовым элементом, который известен как нормальный элемент Вестона. При 20 С напряжение элемента Вестона приблизительно равно 1 В с погрешностью 3 x 10-6 при оптимальных условиях. Эти оптимальные условия заключаются в том, что изменения температуры не превосходят 10-3 К, а также отсутствуют нагрузка и вибрации. Мера электрического токаТоковые весы Сила притяжения между катушками F = I2 dM/dx, где I - сила тока, М - известная взаимная индукция катушек, а х — расстояние между ними. Значение производной взаимной индукции катушек определяется из геометрии катушек. С помощью токовых весов можно достичь погрешности порядка 3 x 10-6. Токовые весы - это пример пассивной меры, так как информация содержится в ее конструкции. Мера электрического сопротивленияМерой электрического сопротивления являются резисторы, намотанные проволокой из сплава, свойства которого в наименьшей степени зависят от температуры. Примером такого сплава является эваном, который состоит из 74% никеля, 20% хрома и 6% алюминия и железа. Этот сплав обычно применяют для высокоомных эталонов порядка 10 кОм. Для получения малых сопротивлений порядка 1 Ом часто используют манганин. Меры сопротивлений высокого порядка точности помещают в термостат, температуру в котором поддерживают стабильной. Меры сопротивления чувствительны к влажности и нагреванию за счет рассеяния энергии на самом эталоне. Проволочные резисторы стареют и могут обладать слишком большим дрейфом. Поэтому в настоящее время меры сопротивлений основаны на квантовом эффекте Холла. Этот метод позволяет привязать единицу электрического сопротивления к неизменным физическим постоянным. Квантовый эффект Холла наблюдается в том случае, когда полупроводниковая пластина, обладающая эффектом Холла, с большой подвижностью носителей заряда охлаждается до 1 К и помещается в сильное магнитное поле. Если через пластину, обладающую эффектом Холла, пропускается ток, то между ее гранями возникает ЭДС Холла. Результирующие квантовые сопротивления Холла выражаются через величины тока, ЭДС и фундаментальные физические. Этот метод позволяет задать меру электрического сопротивления с погрешностью 2 x 10-7. Мера емкостиМера емкости состоит из четырех коаксиальных цилиндров, образующих конденсатор, емкость которого будет зависеть только от длины цилиндров. Такой конденсатор особенно удобен в качестве меры емкости, так как точно необходимо определять только длину, что реализуется методами оптической интерференции. Эти цилиндрические конденсаторы, называемые конденсаторами Томпсона-Лампара позволяют достичь погрешности до 10-8. Неудобство заключается в том, что емкость мала - около 2 пФ на метр. В качестве мер низших порядков используются другие конфигурации электродов, обеспечивающие большие значения емкостей, но обладающие также и большими погрешностями. Меры индуктивности представляют собой катушки индуктивности, сохраняющие постоянство индуктивности с течением времени и обладающие малым активным сопротивлением, независимостью индуктивности от значения тока и возможно малой зависимостью индуктивности от частоты и температуры. Конструкция состоит из пластмассового или фарфорового каркаса с наложенной на него обмоткой из медной изолированной проволоки. Использование каркаса из немагнитного материала исключает зависимость индуктивности от тока в катушке. Для уменьшения влияния внешних магнитных полей катушки экранируют. В качестве образцовых и рабочих мер переменной индуктивности и взаимной индуктивности служат вариометры. Вариометр состоит из двух катушек, одна из которых подвижная. Она может перемещаться относительно неподвижной катушки. Путем изменения взаимного расположения катушек можно плавно изменять значение индуктивности или взаимной индуктивности. Точность вариометров ниже точности образцовых катушек индуктивности. Наборы различных катушек индуктивностей, смонтированных в одном корпусе, называются магазином индуктивностей. Иногда в состав магазина индуктивностей входит также вариометр. |