Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
Е.В. Николаева, В.В. Макаров
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ. ПРИНЦИПЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Учебное пособие
О
мск
- 2007
УДК 53.087.92 (075)
ББК 34.9
Н 63
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор Омского государственного университета
К.Н. Полещенко
доктор технических наук, профессор Сибирской автомобильно-дорожной академии Б.А. Калачевский
Николаева Е.В.
Н 63 Физические основы получения информации: Измерительные преобразователи. Принципы измерения физических величин: учеб. пособие/ Е.В. Николаева, В.В. Макаров. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007.- 96 с.
В данном учебном пособии рассматривается два раздела дисциплины: «Измерительные преобразователи» и «Принципы измерения физических величин».
В первом разделе пособия описываются наиболее распространенные виды преобразователей, применяемые в промышленности и приборостроении. Основное внимание уделяется принципам действия, характеристикам, особенностям построения, погрешностям, достоинствам и недостаткам измерительных преобразователей.
Во втором разделе пособия изучаются принципы измерения наиболее встречающихся величин, в основном неэлектрических.
Предназначено для студентов специальности 200101 - «Приборостроение» дневной, очно-заочной и заочной форм обучения, может также быть полезно студентам механических и электромеханических специальностей.
УДК 53.087.92 (075)
ББК 34.9
© Николаева Е.В., Макаров В.В., 2007
© Омский государственный
технический университет, 2007
Содержание
Введение…………………………………………………………………………. |
7 |
ПЕРВЫЙ РАЗДЕЛ |
|
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ, ТОЧНОСТЬ, ДОСТОИНСТВА |
|
И НЕДОСТАТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ |
|
1 Общие свойства, структура и погрешности |
|
измерительных преобразователей (ИП)…………………...………………….. |
8 |
1.1 Измерения и измерительная информация. Основные понятия………….. |
8 |
1.2 Краткая классификация погрешностей ИП…………………………………….. |
13 |
1.3 Методы измерительных преобразований…………………………………. |
14 |
2 Резистивные преобразователи……………………………………………….. |
15 |
2.1 Контактные преобразователи длины……………………………………… |
15 |
2.1.1 Преобразователи давления контактного сопротивления……………… |
16 |
2.2 Реостатные преобразователи длины и угла………………………………. |
17 |
2.3 Тензорезистры……………………………………………………………… |
18 |
2.4 Магниторезисторы………………………………………………………….. |
21 |
2.5 Варисторы и позисторы…………………………………………………….. |
21 |
3 Электростатические преобразователи………………………………………. |
21 |
3.1 Пьезоэлектрические преобразователи…………………………………….. |
22 |
3.1.1 Пьезоэлектрические преобразователи прямого пьезоэффекта………... |
23 |
3.1.2 Термочувствительные пьезорезонансные преобразователи…………… |
24 |
3.2 Емкостные преобразователи……………………………………………….. |
24 |
3.2.1 Динамический конденсатор, или емкостной |
|
вибрационный преобразователь………………………………………………. |
25 |
3.2.2 Варикапы и вариконды………………………………………………….... |
26 |
4 Электромагнитные преобразователи………………………………………... |
26 |
4.1 Индуктивные преобразователи…………………………………………….. |
27 |
4.1.1 Дифференциальные индуктивные преобразователи…………………… |
29 |
4.2 Трансформаторные преобразователи…………………………………….... |
30 |
4.2.1 Дифференциальные трансформаторные преобразователи…………….. |
31 |
4.3 Вихретоковые индуктивные преобразователи……………………………. |
32 |
4.4 Магнитоупругие преобразователи………………………………………… |
33 |
4.5 Индукционные преобразователи…………………………………………... |
34 |
4.6 Магнитомодуляционные преобразователи………………………………... |
35 |
4.7 Преобразователи на основе Баркгаузена………………………………….. |
36 |
4.8 Радиоволновые преобразователи…………………………………………... |
37 |
5 Гальваномагнитные преобразователи………………………………………. |
39 |
5.1 Преобразователи Холла…………………………………………………….. |
39 |
5.2 Магниторезистивные преобразователи …………………………………... |
40 |
5.2.1 Гальваномагниторекомбинационные преобразователи………………... |
40 |
6 Электрохимические преобразователи……………………………………….. |
41 |
6.1 Электрохимические резистивные преобразователи |
41 |
6.2 Гальванические преобразователи………………………………………….. |
42 |
6.3 Кулонометрические преобразователи……………………………………... |
43 |
6.4 Полярографические преобразователи…………………………………….. |
43 |
6.5 Ионисторы…………………………………………………………………... |
44 |
6.6 Электрокинетические преобразователи…………………………………… |
45 |
7 Тепловые преобразователи…………………………………………………... |
45 |
7.1 Термоэлектрические преобразователи (термопары)……………………... |
46 |
7.2 Терморезисторы…………………………………………………………….. |
47 |
7.3 Термометры сопротивления………………………………………………... |
47 |
8 Оптико-электронные преобразователи…………………………………….... |
47 |
8.1 Лазерные преобразователи…………………………………………………. |
48 |
8.2 Оптоэлектрические преобразователи……………………………………... |
48 |
8.3 Оптронные преобразователи………………………………………………. |
49 |
9 Волоконно-оптические преобразователи…………………………………... |
50 |
10 Ионизирующие (радиационные) преобразователи……………………….. |
51 |
11 Электроакустические преобразователи……………………………………. |
53 |
11.1 Акустико-эмиссионные преобразователи……………………………….. |
54 |
12 Измерительные преобразователи с частотным выходом…………………. |
55 |
ВТОРОЙ РАЗДЕЛ |
|
ПРИНЦИПЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН |
|
13 Принципы измерения линейных и угловых размеров………………….... |
56 |
13.1 Электромеханические принципы………………………………………… |
56 |
13.2 Электрофизические принципы…………………………………………... |
57 |
13.2.1 Электромагнитные принципы………………………………………….. |
57 |
13.2.2 Радиоактивный принцип………………………………………………... |
58 |
13.2.3 Тепловой (термокондуктометрический) принцип…………………….. |
58 |
13.2.4 Электрокондуктометрический принцип……………………………….. |
59 |
13.2.5 Емкостной принцип……………………………………………………... |
59 |
13.2.6 Магнитный принцип…………………………………………………….. |
59 |
13.3 Спектрометрические принципы………………………………………….. |
60 |
13.3.1 Локационный принцип………………………………………………….. |
61 |
13.3.2 Интерферометрический принцип………………………………………. |
62 |
13.3.3 Голографический принцип……………………………………………... |
63 |
14 Принципы измерений механических напряжений, сил, моментов |
|
и давлений……………………………………………………………………… |
64 |
14.1 Принципы измерений деформации и механических |
|
напряжений……………………………………………………………………... |
64 |
14.1.1 Термоупругий принцип измерения |
|
механических напряжений…………………………………………………… |
65 |
14.1.2 Принцип рентгеновской тензометрии…………………………………. |
66 |
14.2 Принципы измерения сил и крутящих моментов………………………. |
66 |
14.2.1 Измерение силы способом уравновешивания…………………………. |
66 |
14.3 Принципы измерений давлений………………………………………….. |
67 |
14.3.1 Принцип преобразования разности давлений |
|
в деформацию упругого элемента……………………………………………... |
68 |
14.3.2 Принцип уравновешивания сил или давлений………………………… |
69 |
14.3.3 Измерение импульсных давлений……………………………………… |
69 |
15 Принципы измерений параметров движения твердого тела……………... |
70 |
15.1 Относительные принципы………………………………………………… |
70 |
15.2 Инерциальные принципы…………………………………………………. |
71 |
15.3 Принципы измерений параметров углового движения………………... |
72 |
16 Принципы измерения параметров движения жидких |
|
и газообразных веществ………………………………………………………... |
72 |
16.1 Гидродинамические принципы измерения расхода…………………….. |
73 |
16.1.1 Принцип переменного перепада давлений (статический)……………. |
73 |
16.1.2 Гидродинамические частотные принципы (статические)……………. |
74 |
16.1.3 Принцип постоянного перепада давлений |
|
(динамический)…………………………………………………………………. |
74 |
16.2 Кинематические принципы……………………………………………….. |
76 |
16.2.1 Принцип меток потока………………………………………………….. |
76 |
16.2.2 Ультразвуковые принципы……………………………………………... |
77 |
16.2.3Термоанемометрический принцип……………………………………… |
78 |
16.2.4 Индукционный принцип………………………………………………... |
78 |
16.2.5 Доплеровские принципы………………………………………………... |
79 |
17 Принципы измерения температуры………………………………………... |
80 |
17.1 Контактные принципы…………………………………………………….. |
80 |
17.2 Термомагнитный принцип………………………………………………... |
81 |
17.3 Термошумовой принцип………………………………………………….. |
81 |
17.4 Термочастотные принципы……………………………………………….. |
82 |
17.4.1 Термометры с механическими резонаторами…………………………. |
82 |
17.4.2 Принцип ядерного квадрупольного резонанса………………………... |
83 |
17.5 Пирометрические принципы……………………………………………… |
83 |
17.5.1 Пирометры полного излучения (радиационные)……………………… |
83 |
17.5.2 Пирометры частичного излучения…………………………………...... |
84 |
17.5.3 Цветовые пирометры……………………………………………………. |
84 |
17.6 Тепловизоры и термографы………………………………………………. |
85 |
17.7 Спектрометрические принципы………………………………………….. |
85 |
17.7.1 Пассивные принципы…………………………………………………… |
85 |
17.7.2 Принцип прямого измерения плотности (активный)…………………. |
86 |
17.7.3 Принцип рассеянного излучения с использованием |
|
лазера (активный)………………………………………………………………. |
86 |
17.7.4 Ультразвуковой принцип измерения |
|
температуры (активный)……………………………………………………… |
86 |
18 Принципы измерения концентрации………………………………………. |
87 |
18.1 Электрохимические принципы………………………………………….. |
87 |
18.1.1 Кондуктометрический принцип………………………………………... |
87 |
18.1.2 Кулонометрический принцип…………………………………………... |
88 |
18.2 Электрофизические принципы…………………………………………… |
89 |
18.2.1 Тепловой принцип………………………………………………………. |
89 |
18.2.2 Магнитный принцип…………………………………………………….. |
90 |
18.2.3 Ионизационные принципы……………………………………………… |
90 |
18.3 Спектрометрические (волновые) принципы…………………………….. |
91 |
18.3.1 Электроакустический принцип…………………………………………. |
91 |
18.3.2 Радиоспектрометрические принципы………………………………….. |
92 |
18.3.3 Электрооптические принципы………………………………………….. |
93 |
Контрольные вопросы………………………………………………………….. |
95 |
Список литературы……………………………………………………………... |
96 |