- •Введение
- •Истинное и действительное значение физической величины
- •Меры. Измерительный преобразователь, прибор, установка и система
- •Погрешности измерений и измерительных средств.
- •2.1. Упругие элементы измерительных преобразователей Разновидности упругих элементов
- •2.2. Резистивные преобразователи
- •Резистивные делители тока и напряжения
- •Контактные преобразователи и преобразователи контактного сопротивления
- •Реостатные преобразователи
- •Тензорезисторы
- •Пьезоэлектрические преобразователи силы, давления и ускорения
- •Пьезорезонансные преобразователи
- •Термочувствительные пьезорезонансные датчики
- •Коэффициенты термочувствительности
- •Измерительные преобразователи, основанные на использовании поверхностных акустических волн
- •Электростатические преобразователи в вольтметрах и датчиках уравновешивания
- •Емкостные преобразователи
- •2.5. Электромагнитные преобразователи
- •Измерительные трансформаторы и индуктивные делители напряжения
- •Магнитоэлектрические и магнитогидродинамические преобразователи датчиков уравновешивания
- •Электромагнитные преобразователи измерительных механизмов электромеханических приборов
- •Индуктивные преобразователи
- •Магнитоупругие преобразователи
- •Магнитомодуляционные преобразователи
- •Преобразователи на основе эффекта Баркгаузена
- •2.6. Гальваномагнитные преобразователи
- •Преобразователи на эффекте Холла.
- •Магниторезистивные преобразователи.
- •Гальваномагниторекомбинационные преобразователи
- •Магниторезистивные преобразователи
- •Гальваномагниторекомбинационные преобразователи
- •2.7. Электрохимические преобразователи
- •Электрохимические резистивные преобразователи
- •Гальванические преобразователи
- •Кулонометрические преобразователи
- •Полярографические преобразователи
- •Ионисторы
- •Электрокинетические преобразователи
- •2.8. Тепловые преобразователи
- •Термоэлектрические преобразователи, их принцип действия и применяемые материалы
- •Удлинительные термоэлектроды, измерительные цепи
- •Терморезисторы, основы их расчета и применяемые материалы
- •Измерительные цепи терморезисторов
- •Разновидности термочувствительных элементов
- •Промышленные термопары и термометры сопротивления
- •2.9. Оптоэлектрические преобразователи
- •Основные свойства оптического излучения и область применения
- •Оптоэлектрических преобразователей. Источники излучения и приемники.
- •Основные структурные схемы оптоэлектрических преобразователей
- •Основные законы теплового излучения
- •Источники излучения
- •Приемники излучения
- •Основные структурные схемы оптоэлектрических преобразователей
- •Измерения физических величин Методы квантовой метрологии
- •Измерение токов методом ядерного магнитного резонанса
- •Электрофизические методы
- •Калориметрический метод измерений мощности и энергии
- •Измерения параметров магнитных полей
- •Методы измерений механических напряжений, сил, моментов и давления, движения жидких и газообразных веществ, температуры, концентрации вещества
Основные законы теплового излучения
Закон Стефана – Больцмана определяет связь между энергетической светимостью R абсолютно черного тела (АЧТ) и его температурой:
R = T4,
где =5,6697·10-8 Вт/(м2·К4) – постоянная Стефана – Больцмана.
Закон Планка дает качественную характеристику лучистого потока, указывая, как распределяется энергия излучения АЧТ по длинам волн:
R(, T)=C1-5{exp[C2/(T)] –1}-1,
где С1=3,7415·10-16 Вт·м2; С2=1,4388·10-2 м·К.
Закон Голицина – Вина позволяет определить длину волны излучения АЧТ, соответствующую максимуму кривой R(, T); max=2898/T, мкм.
Реальный тепловой излучатель характеризуется коэффициентом излучения (коэффициентом черноты) =f(), который показывает, какую часть энергетическая светимость R данного тела составляет от энергетической светимости АЧТ при той же температуре.
Источники излучения
В измерительных преобразователях в качестве источников излучения используются лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды и лазеры. Основными характеристиками источников излучения являются характер свечения (непрерывный или импульсный), спектральный состав излучения, мощность излучения (световой поток, сила света, яркость), потребляемая мощность (напряжение и ток питания), габариты.
Лампы накаливания имеют непрерывный спектр излучения, охватывающий видимую и инфракрасную области. Мощность излучения ламп накаливания относительно невелика, спектральный состав и интенсивность свечения зависят от температуры нити, определяемой напряжением и током питания. Характер свечения непрерывный.
Газоразрядные лампы представляют собой кварцевый или стеклянный баллон, заполненный газом, с впаянными токоведущими электродами. Электрический разряд в газовом промежутке сопровождается интенсивным световым излучением. Газоразрядные лампы подразделяют на лампы непрерывного свечения и импульсные, сила света во вспышках которых достигает 108 кд. Газоразрядные лампы имеют линейчатый спектр излучения. К недостаткам газоразрядных ламп относятся большие габариты и сложность схем включения.
Лазеры. В настоящее время применяются газовые (ГОСТ 23202–78), твердотельные и полупроводниковые (ГОСТ 17490–77) лазеры. В состав лазера обычно входят излучатель и блок питания, а также могут входить блок автоматики и вспомогательные устройства.
Параметры излучения зависят от излучателя, а также от режима излучения лазера, который может быть непрерывным, импульсным и режимом одиночных импульсов. При импульсном (пульсирующем) режиме излучение лазера происходит в виде регулярной последовательности импульсов с частотой f, причем длительность импульсов гораздо меньше периода их повторения. В режиме одиночных импульсов длительность импульса обычно не превышает 10-3c, а промежутки между ними достигают десятков минут.
Максимальная мощность излучения достигается в режиме одиночных импульсов и для твердотельных лазеров составляет десятки мегаватт. В измерительной технике наибольшее распространение получили газовые лазеры, излучение которых отличается высокой степенью монохроматичности и поляризованности.
Светодиоды представляют собой излучающий р-n-переход. В настоящее время наибольшее распространение получили арсенидно-галлиевые светодиоды полусферической конструкции (диаметр излучающей полусферы 1,4 мм), максимум интенсивности излучения которых соответствует длинам волн 0,92–0,96 мкм, ширина спектральной линии 20–70 нм. Процессы включения и выключения светодиодов определяются постоянными времени 10-8–10-9 с, и светодиоды могут использоваться как в режиме постоянного свечения, так и в импульсном режиме. Характеристики светодиодов зависят от температуры; при повышении температуры уменьшается мощность излучения (примерно 0,01 К-1) и сдвигается в сторону больших длин волн максимум интенсивности излучения (около 0,3–2 нм/К).
Достоинствами полупроводниковых светодиодов являются высокий КПД, возможность модуляции излучения по произвольному закону путем управления возбуждающим током, малые габариты, способность согласования с интегральными схемами, высокая надежность.