2. Погрешности контактных методов измерения температур

При измерении высокоскоростных потоков появляется дополнительный источник погрешностей, вызванный частотным торможением потока в области расположения ИПТ. Если газ полностью затормозить (адиабатное торможение), то увеличение его температуры может быть найдено из закона сохранения энергии. , , . Кроме того, выделяющаяся при торможении потока энергия частично отводится за счёт теплопроводности и конвекции. Для количественной оценки этого процесса вводится понятие коэффициента восстановления температуры r. , где - число Маха, - местная скорость звука.

 Погрешности измерения температуры высокоскоростных потоков: математическая модель, влияющие факторы, способы уменьшения влияния.

Влияющие факторы: 1. нарушение температуры поля объёма; 2. теплоотвод по линиям связи; 3. теплообмен ИПТ с окружающей средой; 4. лучистый теплообмен с окружающими телами; 5. влияние не тепловых источников; 6. влияние внутренних источников теплоты; 7. запаздывание показателей ИПТ, вызванных тепловой энергией ИПТ и термическим сопротивлением.

Возможны следующие варианты математической модели: 1. ИПТ оказывает слабое влияние на температурное поле объекта. Тогда остаётся только тепловое воздействие объекта на ИПТ. 2. ИПТ оказывает обратное действие на температуру объекта. 3. ИПТ оказывает сильное влияние на температуру объекта.

 В каком случае (при одинаковых значениях температуры и скорости потока) погрешность от влияния скоростного режима будет выше: при измерении температуры воздуха или температуры водяного пара? Почему?

3. Тензорезистивные преобразователи (ТР) – конструкция и использование

 Погрешности установки тензорезитора на объекте испытаний и монтажа (3-4).

1. в неоднородном поле деформаций; 2. ориентация относительно главных напряжений.

 Возможный уровень погрешностей измерений с тензорезисторами при различных способах их использования (2). Приведите примеры.

1. Непосредственное измерение на деталях, когда невозможна градуировка на объекте (силовые шпильки, блок цилиндров); широкий и неопределённый диапазон информативного параметра; сильное влияние в цепи; большое число точек , .

2. Измерение величин, которые преобразуются в деформацию УЭ (крутящий момент); возможность градуировки на объекте .

 Распределение напряжений (и деформаций) по поверхности мембраны,

схема размещения металлических тензорезисторов, “розетка” металлических тензорезисторов. Схема их включения. Назначение и область применения.

4. Оптические преобразователи

 Природа фотоэффекта. Принцип действия и основные типы фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Понятия волновой и корпускулярной природы света. При каких условиях возможно поглощение фотона? Пороговая длина волны.  Типы приёмников оптического излучения.

 Основные общие метрологические характеристики фотоприёмников (5).

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10

1. Измерительные системы со встречно-параллельным соединением элементов (обратными связями)

Такое включение звеньев представляет собой разновидность метода уравновешивания.

 Понятие отрицательной обратной связи (ООС).

Метод уравновешивания заключается в том, что используются 2 цепи преобразователей – прямого (ПП) и обратного (ОП). С помощью ОП создаётся величина, однородная с входной ФВ, и уравновешивает её. Тогда на вход цепи поступает малая часть входной ФВ, а цепь ПП служит для обнаружения степени неравномерности (ООС).

 Коэффициент передачи при наличии отрицательной ОС (вывод выражения). Его зависимость от коэффициентов прямого и обратного преобразования (график).

 Как влияет ООС:  на чувствительность СИ;

Чувствительность уменьшается в раз. В случае глубокой ООС, т.е. при βk₁ >>1, т.е. определяется только коэффициентом ОП β.

 на абсолютную и относительную величину мультипликативной погрешности СИ (вывод выражения);

 на абсолютную и относительную величину аддитивной погрешности СИ (поясните свой ответ)?

2. Измерение термо-ЭДС (ТЭДС)

 Удлиняющие термоэлектроды (УТЭ). Назначение и требования к ним.

При измерении температуры термоэлектрическими термометрами в промышленных условиях необходимо вводить поправку на температуру свободных концов термометра. Свободные концы термоэлектрического термометра стараются удалить от нагретых поверхностей в зону, где может быть установлено специальное устройство для поддержания постоянной температуры свободных концов термометра или установлен прибор, обеспечивающий автоматическое введение поправки.

Эти провода для ряда термометров могут быть изготовлены из тех же материалов, что и термоэлектроды термомётра. В этом случае термоэлектродные провода обладают в области измеряемых температур такой же термоэлектрической характеристикой, как и сами электроды термоэлектрических термометров, с которыми они комплектуются.

Однако при применении некоторых термометров, например из благородных металлов, нельзя ориентироваться на термоэлектродные провода, сделанные из того же материала. Следует отметить, что к термоэлектродным проводам не предъявляется требований жаростойкости, которой должны обладать электроды термометров. Отсюда возникает естественная возможность подыскания для термоэлектродных проводов таких металлов, которые не являлись бы дефицитными и в интервале температур от 0 до 100°С развивали в паре между собой такую же термо-ЭДС как и термоэлектрический термометр, с которым они комплектуются. Принятый интервал температуры достаточен, так как головка термометра в эксплуатационных условиях чаще всего не нагревается выше 60—80°С.

Условия использования УТЭ (2).

Номинальная статистическая характеристика ТЭП получается при t_хс = 0⁰С. При t_хс ≠ 0 необходимо введение поправки, но для этого температура t_хс должна быть const. Для этого необходимо знать температуру и обеспечивать её постоянство.

 Способы компенсации температуры холодного спая.

Концы термоэлектрического термометра, спаянные с медными проводниками, погружают в стеклянные пробирки с небольшим количеством масла, помещённые в свою очередь в сосуд Дьюара, наполненный тающим льдом.

Коробка холодных спаев.

Простейшим стационарным устройством, позволяющим в известной мере стабилизировать температуру свободных концов и измерять её, является коробка для свободных концов. Температуру свободных концов в этой коробке измеряют стеклянным жидкостным термометром.

 Автоматическая компенсация температуры холодного спая.

Применяют специальные термостаты с автоматическим поддержанием температуры. В качестве регулятора температуры обычно применяют простейший биметаллический терморегулятор.

 Учёт температуры холодного спая при расчётах ТЭДС (расчёт ТЭДС по показаниям приборов).

Недостатком схемы с компенсирующим неуравновешенным мостом является нелинейная зависимость .

 Потенциометрический способ измерения: принцип действия потенциометра и порядок работы с ним.

Потенциометр — прибор для определения ЭДС и напряжений компенсационным методом. Потенциометрические методы основаны на измерении разности потенциалов индикаторного электрода и электрода сравнения или, точнее, электродвижущих сил (ЭДС) различных цепей, поскольку экспериментально измеряется именно ЭДС, являющаяся разностью потенциалов.

Нормальный элемент.

Известно, что при постоянной концентрации электролита и неизменной температуре ЭДС гальванической цепи является весьма стабильной. Это и явилось основанием для создания нормальных элементов (НЭ), применяемых в измерительной технике в качестве рабочих и образцовых мер ЭДС, а также для осуществления первичного эталона единицы напряжения – вольта. Нормальный элемент является обратимым гальваническим элементом, образованным соединением двух полуэлементов, выполненных по определенной схеме гальванической цепи из химически чистых веществ. В зависимости от степени концентрации электролита НЭ, разделяются на насыщенные и ненасыщенные.

3. Тензорезистивные преобразователи (ТР) – погрешности тезометрирования

 Погрешности при массовом тензометрировании (при отсутствии индивидуальной градуировки).

1. Градуировка ТР: разброс К, влияние b, h; 2. Размещение на объекте испытаний: в неоднородном поле деформаций, ориентация относительно главных напряжений; 3. Монтаж электрических цепей: температуры рабочего пассивного ТР (степень совпадения), разность сопротивлений проводов, влажность (сопротивление изоляций), нагрев током, термометрический эффект в соединении.

 Как производится градуировка тензорезисторов из партии? Какая установка и почему используется для этой цели?

Градуировочное устройство выполняется в виде прямоугольной балки постоянного поперечного сечения, которая изгибается под действием прилагаемого усилия. Балка размещается на опорах (призмах) подвижного стола, который вручную или с помощью эл.двигателя может перемещаться в направлении, перпендикулярным плоскости балки. На рабочую часть балки действует постоянный изгибающий момент, который вызывает постоянную деформацию рабочего участка, длиной l. Эта деформация определяется косвенно по величине прогиба f в середине балки по формуле: , где l – расстояние между опорами балки, h – толщина балки.

 Методика оценки погрешности определения коэффициента тензочувствительности на этой установке.

4. Фотоэлектрические преобразователи с внешним фотоэффектом

Фотоэлектрический преобразователь представляет собой фотоэлектронный прибор (фотоэлемент), используемый в качестве измерительного преобразователя. Имеются три типа преобразователей: преобразователи с внешним фотоэффектом, с внутренним фотоэффектом и фотогальванические преобразователи. Наибольшее применение нашли преобразователи двух последних типов. К преобразователям с внешним фотоэффектом относятся вакуумные и газонаполненные фотоэлементы и фотоэлектронные умножители.

 Принцип действия и устройство вакуумных фотоэлементов (ФЭ).

Вакуумные фотоэлементы состоят из вакуумированной стеклянной колбы, содержащей два электрода: анод и катод. При освещении фотокатода под влиянием фотонов света он эмитирует электроны. Если между анодом и фотокатодом приложено напряжение, то эти электроны образуют электрический ток; поскольку он вызван фотонами, его называют фототоком. Для фотоэмиссии электронов необходимо, чтобы энергия фотона Е = vh , где v — частота света; h — постоянная Планка, была больше работы выхода электронов Ф, характерной для данного материала фотокатода. Частота ν_гр = Ф/h называется красной границей фотоэффекта, а соответствующая ее длина волны λ_гр = c/v_гр, где с — скорость света, — длинноволновым порогом фотоэффекта. Если λ > λ_гр, то никакая интенсивность света не может вызвать фотоэффект.

 Вольт-амперная характеристика вакуумных ФЭ и её области.  Метрологические свойства и характеристики вакуумных ФЭ.  Темновой ток.  Спектральная и интегральная чувствительность.  Чем определяется реальное быстродействие ФЭ? Постоянная времени и полоса пропускания ФЭ.

 Газонаполненные ФЭ. Принцип действия.

Газонаполненный фотоэлемент аналогичен вакуумному, но имеет определенное газовое заполнение. Благодаря ионизации газа происходит усиление тока фотоэмиссии. Чувствительность газонаполненных фотоэлектрических преобразователей выше, чем у вакуумных.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 11

1. Измерительные системы со встречно-параллельным соединением элементов (обратными связями)

 Понятие отрицательной обратной связи (ООС).  Назначение отрицательной ОС.

Метод уравновешивания заключается в том, что используются 2 цепи преобразователей – прямого (ПП) и обратного (ОП). С помощью ОП создаётся величина, однородная с входной ФВ, и уравновешивает её. Тогда на вход цепи поступает малая часть входной ФВ, а цепь ПП служит для обнаружения степени неравномерности (ООС). С помощью цепи ОС создаётся величина х_ос, однородная с входной преобразуемой величиной х, и уравновешивающим её.

 Коэффициент передачи при наличии отрицательной ОС (вывод выражения).  Его зависимость от коэффициентов прямого и обратного преобразования (график).

 Как влияет ООС на чувствительность СИ?

Чувствительность уменьшается в раз. В случае глубокой ООС, т.е. при βk₁ >>1, т.е. определяется только коэффициентом ОП β.

 Как и почему влияет ООС на погрешность нелинейности (поясните свой ответ)?