измерения температуры.

5.Поясните применение лазерных интерферометров для измерения типовых механических величин с большой точностью.

6.Приведите примеры использования явления электромагнитной индукции для измерений типовых электрических величин.

7.Поясните сущность эффектов Фарадея, Керра и Поккельса и их использование в метрологии.

8.Поясните сущность пьезоэффекта и его использование в метрологии.

9.Поясните сущность эффекта Доплера и его использование в метрологии.

10.Поясните сущность магниторезонансных методов с оптической накачкой атомов и их использование в метрологии.

5. Фундаментальные физические законы, используемые в измерительной технике

5.1. Использование в измерительной технике законов механики

[6], с. 50...60, 211...228: [7], с. 146...167; 229

В табл.4 приведены основные сведения о типовых физических законах, используемых в измерительной технике.

Взвешивание основано на использовании закона всемирного тяготения, согласно которому гравитационное поле Земли притягивает массу силой, пропорциональной этой массе. При этом сила притяжения может сравниваться с известной по величине силой, создаваемой различными способами, а именно:

а) в качестве уравновешивающей силы используется груз известной массы; (этот метод является классическим);

б) уравновешивающее усилие возникает при растяжении слабой пружины (пружинные весы);

42

в) уравновешивающее усилие возникает при деформации достаточно жестких пружинных элементов; такие деформации измеряются преимущественно при помощи тензорезисторных датчиков (электромеханические весы);

г) уравновешивающее усилие создается электродинамически при помощи соленоидной обмотки, находящейся в постоянном магнитном поле; при этом ток, протекающий по обмотке, является мерой подлежащего взвешиванию груза;

атакже другими.

Вобщем случае наибольшая точность взвешивания достигается наиболее просто с помощью способа а).

Типовые физические законы, используемые в измерительной технике

43

В основе всех методов измерений параметров линейного движения твердого тела лежит измерение силы инерции Fи, пропорциональной массе m и ускорению а тела:

Fи = m · a.

С помощью инерциальных СИ измеряется линейное ускорение твердого тела и другие, связанные с ускорением параметры линейного движения. В подобных СИ сила инерции преобразуется в линейное перемещение чувствительного элемента (ЧЭ).

Схема прибора инерционного действия приведена на рис. 7.

Рис.7. Схема прибора инерционного действия Чувствительный элемент 4 прибора – твердое тело массой m с

помощью упругого элемента – пружины 2 с жесткостью с подвешен в корпусе 1 прибора, укрепленного на движущемся теле. Успокоение ЧЭ

44

жидкостью. На поверхность жидкости в одном сосуде действует измеряемое давление, что изменяет уровень жидкости в другом (рис. 9) .

Рис. 9. Жидкостной манометр

Разность давлений ∆h пропорциональна разности давления (Р1 –Р2), действующих в одном и другом сосуде:

∆h = (Р1 –Р2) /ρ · g ,

где ρ - плотность жидкости;

g – ускорение силы тяжести.

С помощью этого дифференциального манометра измеряется разность давлений, но, если во втором сосуде над жидкостью создан вакуум, то манометр измеряет абсолютное давление Ра. Если измеряемое абсолютное давление Ра меньше атмосферного, то разность уровней будет пропорциональна вакууму.

Измерение удельного веса твердых тел может быть проведено на основании закона Архимеда. Так, для определения удельного веса γ однородного тела неправильной формы, объем которого трудно определить при помощи измерения размеров тела, можно поступить следующим образом. Тело дважды взвешивают на весах: в воздухе и в жидкости,

46

удельный вес γо которой известен. Пусть первое взвешивание дает показание Р1, второе - Р. Тогда, согласно закону Архимеда, разность Р – Р1 равна весу жидкости в объеме, равном объему V тела.

где γ - искомый удельный вес тела.

Также закон Архимеда дает возможность измерить удельный вес жидкости. Ареометр представляет собой стеклянный сосуд с грузиком, снабженный длинным отростком, на котором нанесена шкала. При плавании на поверхности жидкости ареометр погружается на большую или на меньшую глубину в зависимости от удельного веса жидкости. Чем больше удельный вес жидкости, тем меньше погружается ареометр. Шкала ареометра отградуирована в единицах удельного веса жидкости (отметки на шкале растут сверху вниз).

Для измерения параметров движения используются также методы, основанные на применении эффектов Доплера, Моссбауэра и др. К этой группе относится широкий класс методов, основанных на измерении собственно вектора скорости и его составляющих. Это – методы меток потока, ультразвуковой, индукционный, тепловой интерферометрический др. В качестве примера рассмотрим термоанемометрический метод измерения скорости воздуха. Этот метод является распространенной разновидностью теплового метода, основанного на сносе тепла движущимся потоком. При помещении в движущуюся жидкую или газовую среду нагреваемого током терморезистора снос тепла потоком является основным фактором, влияющим на теплоотдачу терморезистора.

47