1. Определение понятия “первичный преобразователь”. Классификация, функция преобразования и чувствительность преобразователя к измеряемым физическим величинам.

Первичный преобразователь (ПП) – прибор, для которого характерно 3 признака: 1 – должен преобразовывать один вид энергии в другой; 2 – должен находиться в месте, где производится измерение; 3 – должен запоминать информацию и передавать ее в пространство (включен в измерительную цепь).

Классификация: 1 – преобразователи механического сигнала (упругие стержни, балки, пластины, мембраны); 2 – пьезоэлектрические; 3 – конденсаторные (емкостные); 4 – электрические реостатные; 5 – электромагнитные индуктивные; 6 – фотоэлектрические; 7 – термоэлектрические.

Функция преобразования – связь между выходной и входной физ.величиной (передаточная функция). Чувствительность – способность преобразователя измерять физические величины малых амплитуд.

Функции преобразования и чувствительности в общем виде:

;

,

где k – коэффициент преобразования.

Экзаменационный билет № 8

1. Характеристическое и тормозное рентгеновское излучение, его спектр, основные свойства, фильтрация спектра излучения, отсекающие решетки.

Этот вид излучения имеет непрерывный спектр, ограниченный со стороны коротких длин волн значением:

,

где _min – так называемая, коротковолновая граница спектра, выраженная в Å; U – ускоряющее напряжение на рентгеновской трубке, выраженное в кВ.

Зависимость интенсивности тормозного рентгеновского излучения от длины волны (спектральная плотность) описывается выражением:

,

где С – постоянный коэффициент; I – электрический ток, протекающий через рентгеновскую трубку.

Это выражение справедливо почти во всей области непрерывного спектра, за исключением непосредственной близости к коротковолновой границе _min. Максимум распределения λ_m находится при:

Пучок электронов, обладающих большой кинетической энергией, попадает на вещество мишени. Отдельный электрон, проходя вблизи ядра атома вещества, испытывает большое торможение. При повышении напряжения на рентгеновской трубке повышается и энергия электронов. Поэтому уменьшается значение коротковолновой границы _min. Максимум распределения _m также сдвигается в сторону более коротких длин волн. Говорят, что такое излучение становится более «жестким». У него повышается проникающая способность. При повышении тока рентгеновской трубки энергия электронов не увеличивается, но увеличивается их число. Соответственно увеличивается и интенсивность рентгеновских лучей. «Жесткость» излучения при этом не меняется.

При образовании характеристического рентгеновского излучения работает совершенно другой механизм. Этот спектр имеет линейчатую структуру, характеризующую химический состав материала анода рентгеновской трубки. Отсюда и возникло его название. Характеристический спектр образуется за счет взаимодействия бомбардирующих мишень электронов с электронами, вращающимися на оболочках атомов мишени. Если энергия падающих электронов достаточно велика для того, чтобы выбить электрон с внутренней оболочки атома, то после этого в атоме произойдет целый каскад переходов электронов с одной оболочки на другую. При переходе с уровней с большей энергией на уровни с меньшей энергией происходит излучение рентгеновского кванта, имеющего строго определенную длину волны (энергию). Такие кванты и составляют характеристический линейчатый спектр. Различают линии характеристического излучения К-, L-, M-, N- и О‑серий (которые, в свою очередь, имеют более «тонкую структуру»). Наименьшую длину волны имеют линии К-серии, L-серия является более длинноволновой и т.д. Излучение каждой серии возникает тогда, когда ускоряющее напряжение достигает определенного значения, называемого потенциалом возбуждения. Например, потенциал возбуждения К-серии для хрома U_K = 5,98 кВ, для меди U_K = 8,86 кВ, для молибдена U_K = 20,0 кВ. для него серии характеристического излучения. Структура характеристических спектров различных элементов одна и та же, так как она обусловлена строением электронных оболочек атомов, которые заполняются по единым законам. Различие наблюдается только в длинах волн (или энергиях) спектральных линий. При увеличении атомного номера Z элемента происходит лишь смещение спектров в область высоких энергий, то есть коротких длин волн.

2. Методы уменьшения случайной погрешности измерений.

Максимизация точности измерений при фиксированных затратах и обеспечение требуемой точности при минимальных затратах ресурсов — две основные, тесно связанные между собой задачи метрологии.

Возможные методы повышения точности измерений можно разделить на три группы:

1. совершенствование алгоритмов измерений;

2. применение вспомогательных измерений или образцовых сиг­налов и преобразований для введения поправок в результат изме­рения (коррекция);

3. совершенствование аппаратной части (конструкторско-технологические решения).

Первая группа методов ориентирована на уменьшение методи­ческих погрешностей. Во второй главе охарактеризован общий подход к решению этой проблемы, опирающийся на применение адекватных алгоритмов с выбором рациональных (в идеальном случае — оптимальных) значений управляемых параметров. Иначе говоря, эта группа методов решает задачу приведения вида алгоритма измерений в соответствие с априорной информацией о свойствах объектов измерений, условиях измерений, предъяв­ляемых требованиях и наложенных ограничениях.

Вторая группа методов, используя достижения первой, а также дополнительную информацию об условиях измерений и состоянии аппаратуры, получаемую с помощью вспомогательных измере­ний или образцовых сигналов и преобразований, позволяет умень­шить как методические, так и инструментальные погрешности.

Наконец, третья группа методов, связанная с совершенствованием конструкторско-технологических решений, обеспечиваю­щих повышение стабильности и соответствия реальных характе­ристик аппаратуры номинальным, позволяет уменьшить инстру­ментальные погрешности.

Для уменьшения случайной составляющей погрешности измерений увеличивают число наблюдений. Действительно оценку среднеквадратического отклонения результата измерения, которая определяет собой случайную погрешность, теоретически можно сделать как угодно малой, увеличив число наблюдений n. Однако на практике в большинстве случаев трудно обеспечить постоянство самого объекта измерений в течение длительного времени, а это может при увеличении числа наблюдений n привести к увеличению погрешности, а не к ее уменьшению.

Другим методом повышения точности измерений за счет уменьшения случайной составляющей погрешности является использование параллельных одновременных измерений одной и той же физической величины. Для этого необходимо использовать сразу несколько средств измерений. Результаты наблюдений, полученных при этих измерениях, обрабатывают совместно. Теоретическая основа этого метода та же, что и предыдущего метода.