2. Погрешности контактных методов измерения температур

 Математическая модель приёмника температуры в нестационарном режиме.

Качественный анализ МП ИПТ заключается в формулировке математической модели, определяющей процесс теплового взаимодействия объекта исследования с ИПТ. Возможны следующие варианты математической модели: 1. ИПТ оказывает слабое влияние на температурное поле объекта; 2. ИПТ оказывает обратное действие на температуру объекта; 3. ИПТ оказывает сильное влияние на температуру объекта.

 Влияющие факторы,

Зависит от конструкции ИПТ; теплофизических свойств материала ИПТ; от положения ИПТ, от условия теплообмена с окружающей средой.

 Понятие постоянной времени. Отчего она зависит?

- постоянная времени ИПТ. Где m – масса ИПТ-ТЭП, с – теплоёмкость материала ТЭП, α – коэффициент теплоотдачи с контролируемой средой, А – площадь поверхности ИПТ.

 Как определить погрешность изменения температуры, если известно, что последняя изменяется с постоянной скоростью?

3. Тензорезистивные преобразователи (ТР)

Деформация в материале связаны с напряжением (механическим) через модуль упругости.

 Предельно допустимая деформация и предельно допустимое напряжение.

 Связь изменения электрической выходной величины тензорезистора (ТР) с механическим напряжением в детали или в упругом элементе. Допустимый ток питания ТР и допустимое падение напряжение.  От чего зависит общая длина тензорезистора?  Понятие базы ТР.

 Почему ТР изготавливаются в виде решётки?

Для увеличения длины тензорезистора.

4. Оптические преобразователи

 Светотехнические единицы и их связь с энергетическими единицами. Каким образом устанавливается эта связь?  Варианты использования оптических преобразователей в системе: источник излучения – объект – приёмник излучения. Варианты информационного использования фотоэлектрических преобразователей.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16

1. Динамические измерения

 Как с использованием постоянной времени определить динамическую погрешность СИ, если известно, что искомая величина равномерно увеличивается во времени?  Условия применимости данного аналогового СИ для динамических измерений исследуемого процесса (по частотным характеристикам).  Условия применимости данного дискретного СИ для динамических измерений исследуемого процесса (предельно допустимый уровень дискретизации).

2. Погрешности контактных методов измерения температур

 Динамические погрешности приёмников температуры:

Запаздывание показаний ИПТ, вызванных тепловыми измерениями ИПТ и термическим сопротивлением между ЧЭ и объектом (динамическая погрешность).

 математическая модель,

Качественный анализ МП ИПТ заключается в формулировке математической модели, определяющей процесс теплового взаимодействия объекта исследования с ИПТ. Возможны следующие варианты математической модели: 1. ИПТ оказывает слабое влияние на температурное поле объекта; 2. ИПТ оказывает обратное действие на температуру объекта; 3. ИПТ оказывает сильное влияние на температуру объекта.

 влияющие факторы,

Зависит от конструкции ИПТ; теплофизических свойств материала ИПТ; от положения ИПТ, от условия теплообмена с окружающей средой.

 понятие постоянной времени,

- постоянная времени ИПТ. Где m – масса ИПТ-ТЭП, с – теплоёмкость материала ТЭП, α – коэффициент теплоотдачи с контролируемой средой, А – площадь поверхности ИПТ.

способы уменьшения влияния.  В каком случае (при одинаковых значениях температуры) динамическая погрешность будет выше: при измерении температуры газа или температуры жидкости? при измерении температуры воздуха или температуры водяного пара?

3. Тензорезистивные преобразователи (ТР)

 Какие физические эффекты в проводниках приводят к появлению тензоэффекта?

Тензоэффект – свойства материала изменять при деформации своё электрическое сопротивление.

 Вывод выражения для коэффициента тензочувствительности проволочного тензорезистора и его составляющие.

, где (1+2μ) – изменение геометрии, (1-2μ) – изменение объёма, В(1-2μ) – изменение удельного сопротивления ρ, – относительная деформация. В результате изменения объёма происходит изменение внутренней структуры материала, что приводит к изменению его удельного сопротивления.

 Составляющие тензоэффекта.

Сопротивления проводника и полупроводника зависит от его длины. , где R – активное сопротивление; l – длина тензорезистора; F – площадь поперечного сечения; ρ – удельное электрическое сопротивление.

 Материалы для проволочных тензорезисторов.

Медно-марганцовистые и медно-никилевые до 200…300^оС; никель-хромовые, никель-молибденовые и палладий-серебрянные до 400…450^оС; платино-вольфрамовые и железо-хромоалюминиевые до 800…1000^оС.

 Чувствительность тензопреобразователя и показатель, которым она оценивается.  Максимальная величина этого показателя для металлических тензорезисторов.

Чувствительность – это отношение изменения выходной величины измерительного прибора или измерительного преобразователя к вызвавшему её изменению входной величины. Чувствительность оценивается коэффициентом тензочувствительности . Если μ = 0,5, то К = 2 независимо от величины В (К=<2).

Таким свойством обладает константам – сплав 60% Cu + 40%Ni. Кроме того этот материал имеет нулевой коэффициент термочувствительности.

4. Фотодиоды (ФД)

 Схемы включения ФД в фотодиодном режиме с использованием операционного усилителя (ОУ). Связь входного тока и выходного напряжения и динамические свойства: объяснить.  Схемы включения ФД в фотогальваническом режиме с использованием операционного усилителя (ОУ).  Связь входного тока и выходного напряжения. Указать основные свойства.  Схемы устройств с использованием фотодиодов (перечислить).

Фотогальванические преобразователи представляют собой фотоэлектронные приборы с p-n-переходом: фотодиоды и фототранзисторы. При освещении перехода создается дополнительная концентрация носителей в n-слое. Это приводит к усилению их диффузии к р-n-переходу и в самом переходе. У диода, подключенного к запирающему напряжению (рис. 4.47,а), под действием света возрастает обратный ток. Вольтамперная характеристика германиевого фотодиода приведена на рис. 4.47,б. При отсутствии освещения она не отличается от характеристики обычного диода, а при освещении смещается вверх пропорционально величине светового потока.

Наиболее распространены германиевые и кремниевые фотодиоды. Их спектральные характеристики заходят в область инфракрасного излучения (для германиевых фотодиодов до λ_гр = 2 мкм, для кремниевых до λ_гр = 1,2 мкм).

Фотодиоды могут работать в фотодиодном и генераторном (вентильном) режимах. В фотодиодном режиме преобразователь Подключают к запирающему напряжению (рис. 4.47,а). При увеличении его освещенности возрастает обратный ток, что приводит к увеличению напряжения U_H на сопротивлении R_Н. Напряжение U_H и чувствительность можно определить по ВАХ и нагрузочной прямой (рис. 4.47,б). Зависимость тока фотодиода от освещенности практически линейна. Внутреннее дифференциальное сопротивление фотодиода имеет величину порядка мегаомов, поэтому обычно они работают в режиме, близком к короткому замыканию.

Полный ток фотодиода I можно рассматривать как сумму где I_Ф — фототок, определяемый световым потоком Ф; S — чувствительность.

Значение темнового тока I_T сильно зависит от температуры. Фотодиоды — малоинерционные преобразователи. Их постоянная времени имеет порядок 10^-7 —10^-8 с.

В генераторном режиме фотодиод включают по схеме, приведенной на рис. 4.48, а, и он сам является источником тока. Фототок, напряжение на нагрузке U_H и чувствительность можно определить по ВАХ, приведенной на рис. 4.48, б.