26)классификация измерительных преобразователей по принципу действия.Примеры

27)Принцип действия и область применения термосопротивлений.

Термосопротивлением называется проводник иди полупроводнш с большим температурным коэффициентом сопротивления, находя щийся в теплообмене с окружающей средой, вследствие чего егс сопротивление существенно зависит от температуры и поэтому оп ределяется режимом теплообмена между проводником и средой.

Теплообмен проводника с окружающей средой происходит раз­личными путями: за счет конвекции, теплопроводности среды, теп­лопроводности самого проводника, излучения.

К факторам, определяющим интенсивность теплообмена провод­ника со средой, следует отнести:

• температуру газовой или жидкой среды, самого проводника;

• физические свойства газовой или жидкой среды (плотность, вяз­кость и т.д.);

• скорость перемещения газовой или жидкой среды;

• геометрические размеры проводника и состояние его поверх­ности.

Зависимость температуры проводника, а следовательно, его со­противления от перечисленных факторов можно использовать для измерения различных неэлектрических величин, характеризующих газовую или жидкую среду, таких как, например, температура, ско­рость, концентрация, плотность. Приборы для измерения температуры, в которых в качестве пре­образователя используются термосопротивления, называются тер­мометрами сопротивления. Термосопротивления работают при ма­лой нагрузке током, чтобы тепло, выделяемое током в термосопро­тивлении («джоулево тепло»), было минимальным по сравнению с теплом, полученным от испытуемой среды.

28)Расчет чувствительности пьезопреоброзователя. Пути повышения чувствительности пьезопреобразователей с продольным и поперечным пьезоэффектами.

Заряды, появляющиеся на гранях b—с при сжатии кварца силой, ■направленной вдоль электрической оси, будут иметь противополож­ные знаки по сравнению с зарядами, возникающими на этих гранях при растяжении. Пьезоэффект, возникающий при действии силы вдоль электрической оси, носит название продольного пьезоэффекта.. Если растягивающая сила действующая на кварц, направле­на вдоль механической оси У, то заряды снова возникают только на гранях b—с, перпендикулярных электрической оси. Однако знак за­ряда будет обратным по сравнению со случаем приложения усилий вдоль оси X, а величина зарядов зависит от геометрических разме­ров кристалла и равна

q = -d1Fy*b/a

Иногда используют зависимость величины зарядов от геометри­ческих размеров кристалла при желании повысить чувствительность пьезоэлектрического преобразователя, увеличивая отношение b/а.

Пьезоэффект, возникающий под действием силы, направленной Вдоль механической оси, называется поперечным пьезоэффектом.

чувствительность преобразователя

S=Uвых/Fx= d1/C0+Cвх

Для увеличения чувствительности пьезоэлектрического преобра­зователя его пьезоэлемент выполняют в виде ряда параллельно со­единенных пластин (рис.

Рис. 2.34. Пьезоэлемент из нескольких пластин: 1 — пластина; 2 — металлическая прокладка

В этом случае чувствительность преобразователя определяется формулой

S=d1n/nC0+Cвх

где n — число параллельно соединенных пластин; С0 - емкость одной пластины

29)Способы автоматического введения поправки на температуру нерабочего спая термопар.

В цепь термопары и милливольтметра включен мост, одним из плеч которого является термосопротивление R из медной или нике­левой проволоки, помещенное возле нерабочих спаев термопары. Остальные плечи моста выполнены из манганиновых сопротивле­ний. Мост питается от аккумуляторной или сухой батареи.

При температуре градуировки мост находится в равновесии, и на­пряжение на его выходной диагонали равно нулю. При повышении температуры нерабочих спаев значение R также увеличивается, мост выходит из равновесия и возникающее напряжение на выходной ди­агонали моста корректирует уменьшение термо-эдс термопары.

Вследствие нелинейности полной коррекции погрешности, обус­ловленной изменением температуры нерабочих спаев, при помощи описываемого устройства получить не удается, однако величина ос­таточной погрешности не превышает 0,04 мВ на 10 градусов.

Недостатком подобных устройств является необходимость в ис­точнике тока для питания моста и появление дополнительной погреш- ности, обусловленной изменением напряжения этого источника.

30)Фотоэлектрические преобразователи. Принцип действия.

Принцип действия фотоэлектрических преобразователей основан на явлении фотоэффекта, открытого русским ученым А.Г. Столетовым в 1888 г. Под фотоэлектрическим эффектом понимают испускание электронов с поверхности металла при действии на нее света.Фотоэлектрические ИПР служат для контроля и измерения светового потока.

Фотоэлектрическими называют такие преобразователи, у которых выходной сигнал (в виде электросигнала) изменяется в зависимости от интенсивности светового потока, падающего на чувствительную поверхность преобразователя.

Фотоэлектрические преобразователи (или фотоэлементы) делятся на три типа:

• фотоэлементы с внешним фотоэффектом;

• фотоэлементы с внутренним фотоэффектом;

• фотогальванические преобразователи.

Основные характеристики фотоэлементов:

• световая — зависимость фототока от интенсивности светового потока, падающего на фотоэлемент, I_ф = f(Ф);

• спектральная — зависимость фототока от длины волны падающего света, I_ф = F(λ);

• вольт-амперная — зависимость фототока от величины питаю­щего напряжения, I_ф = f(U);

• температурная — зависимость фототока от температуры фото­элемента, I_ф = f(t). Следует отметить, что от температуры зависит также спектральная характеристика фотоэлемента.

31)Дифракционная решетка в конструкции денситометра.

Денситометры — это специальные средства измерений, предназ­наченные для наблюдения оптической плотности прозрачных и не­прозрачных материалов. Соответственно имеются денситометры проходящего света, отраженного света и универсальные, пригодные для измерений как в отраженном, так и в прошедшем образец свете.

Принцип действия денситометров основан на использовании фотоэффекта. Отличительной чертой денситометров является то, что они все прямопоказывающие, градуированы в единицах оптической плотности, строятся по схемам рис. 2.11 в виде компактных перенос­ных приборов с аналоговой или цифровой индикацией, часто с циф­ровой регистрацией.

Основу денситометра составляет фотометр, в отношении которо­го принято максимум мер по упрощению его обслуживания, автоматизации обработки сигнала. Обычно сигнал логарифмируется, т.е. линеаризируется зависимость результата от оптической плотности. Повышение чувствительности и логарифмирование достигаются ис­пользованием ФЭУ в качестве фотоэлектрического преобразователя.

Особенности зрительного восприятия учитываются путем ввода в измерительную схему фильтра видности, имеющего пропускание, моделирующее спектральную характеристику усредненного гла­за. Для измерения зональных плотностей используются три свето­фильтра: ­ матизации обработки сигнала. Обычно сигнал логарифмируется, т.е. линеаризируется зависимость результата от оптической плотности. Повышение чувствительности и логарифмирование достигаются ис­пользованием ФЭУ в качестве фотоэлектрического преобразователя.

Особенности зрительного восприятия учитываются путем ввода в измерительную схему фильтра видности, имеющего пропускание, моделирующее спектральную характеристику усредненного гла­за. Для измерения зональных плотностей используются три свето­фильтра: красный (λ — 630±5 нм), зеленый (λ_ср = 530±5 нм) и синий (λ_ср = 440±5нм).

Дифракционная решётка— оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.

Виды решёток

• Отражательные: Штрихи нанесены на зеркальную (металлическую) поверхность, и наблюдение ведется в отражённом свете

• Прозрачные: Штрихи нанесены на прозрачную поверхность (или вырезаются в виде щелей на непрозрачном экране), наблюдение ведется в проходящем свете.

Фронт световой волны разбивается штрихами решётки на отдельные пучки когерентного света. Эти пучки претерпевают дифракцию на штрихах и интерферируют друг с другом. Так как для разных длин волн максимумы интерференции оказываются под разными углами (определяемыми разностью хода интерферирующих лучей), то белый свет раскладывается в спектр.

32) Прямой и обратный пьезоэффекты. Области применения.

Различают прямой и обратный пьезоэлектрический эффект. Пря- мой пьезоэффект состоит в появлении электрических зарядов на гра- нях некоторых диэлектриков под влиянием механических напряже- ний. При исчезновении напряжений диэлектрик возвращается в ненаэлектризованное состояние. Подобные диэлектрики называются пьезоэлектриками. Обратный пьезоэффект проявляется в том, что у пьезоэлектриков, помещенных в электрическое поле, происхо­дит изменение геометрических размеров.

В качестве пьезоэлектриков применяются кварц, титанат бария, сегнетова соль, дигидрофосфаты аммония и калия.

Пьезоэлектрические преобразователи применяются для изме­рения переменных сил, давлений, ускорений. Достоинством пье­зоэлектрических преобразователей являются малые габаритные размеры, простота конструкции, надежность в работе, возмож­ность измерения быстропеременных величин. Наиболее широкое распространение пьезоэлектрические преобразователи получи­ли для измерения вибрационных ускорений.

33) Критерии выбора материала термосопротивлений. Маркировка термосопротивлений.

По материалу чувствительного элемента термосопротивления подразделяют на термометры сопротивления платиновые и медные.

Медные и платиновые термометры выпускают со строго опреде­ленными значениями сопротивлений. Наиболее распространенными преобразователями температур являются медные обмотки с градуиров­ками 50 М и 100 М, платиновые — с градуировками 50 П и 100 П. Числа 50 и 100 обозначают сопротивление чувствительного элемента при 0°С (50 и 100 Ом), а буквы М и П—материал обмотки (медь, платина).

Вопрос о выборе преобразователя термометра сопротивления из того или иного металла решается в основном с точки зрения хими­ческой инертности металла в измеряемой среде в интересующем интервале температур. Так, медный преобразователь можно приме­нять только до температур порядка 180°С в среде, свободной от влаги и газов, воздействие которых приводит к коррозии. Удельное сопро­тивление таких материалов, как медь, никель и платина, составляет соответственно р_Сц = 0,017мк0м; p_Nj = 0,073 мкОм; р(Pt) = 0,100мкОм. Таким образом, медь отличается относительно малым удельным со­противлением, что применительно к рассматриваемой задаче стано­вится ее недостатком.

Более стойким к действию агрессивных сред является никель. Его можно применять до температуры 250-300°С, Наиболее часто для намотки термометров сопротивления используется платиновая про­волока вследствие ее химической инертности, однако ее нельзя при­менять в восстановительной среде (углерод, пары кремния, калия, натрия). Термометры сопротивления используют обычно до 650°С, так как при температурах выше 500°С более практичны термопары.

34) Гальванические преобразователи. Принцип работы pH-метра.

Для характеристики растворов достаточно знать активность водородных ионов, которую для удобства записи и вы­числений численно характеризуют отрицательным логарифмом ак­тивности ионов водорода - водородным показателем рН:

рН = -lg а_н+ = -lg/_н+ * с_н+.

Приборы для измерения этого показателя получили название рН-метры. Они реализуют наиболее точный и универсальный ме­тод измерения рН — электрометрический метод, т.е. определение электродных потенциалов различных электродов, помещенных в исследуемый раствор, содержащий водородные ионы.

Естественной входной величиной таких преобразователей явля­ется значение концентрации водородных ионов, выраженной в еди­ницах рН, а выходной величиной — гальваническое напряжение, равное разности электродных потенциалов. Так как практически из­мерить потенциал одного электрода невозможно, то гальваничес­кий преобразователь всегда состоит из двух полуэлементов — из­мерительного электрода, помещенного в исследуемый раствор, и об­разцового (вспомогательного) полуэлемента (рис. 2.49).

На рис. 2.49 один из двух водородных электродов (измеритель­ный) помещается в исследуемый раствор 1, который при помощи электролитического ключа 2 соединяется с нормальным электродным полуэлементом 3, содержащим электролит с активностью водород­ных ионов а_н+)2=1 г*экв/л.