2. Погрешности контактных методов измерения температур

 В каком случае погрешность от излучения будет выше: при измерении температуры газов или температуры жидкостей? Почему?

4. Фоторезисторы (ФР)

 Принцип действия, устройство, материалы. Механизм фотопроводимости.

 Метрологические свойства и характеристики ФР (4-5). Чем определяется реальное быстродействие ФР и от чего зависят динамические свойства ФР? Достоинства и недостатки.  Области применения. Схемы включения в релейном режиме. Дифференциальные и мостовые схемы. Схема для анализа состава газов.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14

1. Оценка динамических погрешностей методом колебательного входного сигнала

 Понятие “частота собственных колебаний” и “рабочий диапазон частот”.

2. Погрешности контактных методов измерения температур

В каком случае погрешность от влияния теплопроводности будет выше: при измерении температуры газов или температуры жидкостей? Почему?

4. Фотодиоды (ФД)

 Принцип действия вентильного фотоэлемента (ФЭ). Свойства р-n перехода. Энергетические зоны ФД. Скачок потенциала. Фотогальванический и фотодиодный режимы работы вентильного ФЭ.  Метрологические характеристики ФД в фотодиодном режиме режимы работы, Основные достоинства ФД в фотодиодном режиме. От чего зависят динамические свойства ФД?

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15

2. Погрешности контактных методов измерения температур

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

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

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?

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).

Принятые сокращения:

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика;

БНТС –

ГСП – государственная система промышленных приборов и средств автоматизации;

ДХ – динамические характеристики;

ДИ – динамические измерения;

ЕСФ – единичной ступенчатой функции (метод);

ИИС – измерительно-информационная система;

ИП – индукционный преобразователь;

ИПД – ИП давления

ИПТ – ИП температуры

НИП – нормирующий измерительный преобразователь;

НЭ – нормальный элемент;

ООС – отрицательная обратная связь;

ОУ – операционный усилитель.

СИ – средства измерения;

ТПР – тахометрический преобразователь расхода;

ТС – термометр сопротивления;

ТКС – температурный коэффициент сопротивления;

ТР – тензорезистивный преобразователь;

ТЭП – термоэлектрический преобразователь;

ТЭДС – термо-ЭДС;

УТЭ – удлиняющий термоэлектрод;

ФВ – физическая величина;

ФЭП – фотоэлектрический преобразователь;

ФЭ – фотоэлемент;

ФЭУ – фотоэлектронный умножитель;

ФР – фоторезистор;

ФЧХ – фазо-частотная характеристика;

ФД – фотодиод;

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1

1. Общие сведения об измерениях и средствах измерений

 Понятия “физическая величина” и “измерение”.

Физическая величина — свойство, общее в качественном отношении для множества объектов и индивидуальное в количественном отношении для каждого из них.

Измерение — нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

 Как классифицируются измерения по способу получения результата (способу обработки экспериментальных данных для получения результата)? Дайте им определения. Приведите примеры. Укажите область использования.

Измерения в зависимости от способа обработки экспериментальных данных для нахождения результата относят к прямым, косвенным, совместным или совокупным.

Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных в результате выполнения измерения.

Пример прямого измерения — измерение вольтметром напряжения источника.

Косвенное измерение — измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенном измерении значение измеряемой величины получают путем решения уравнения x=F(x₁, х₂, х_з, ...,х_n), где x₁, х₂, х_з, ...,х_n — значения величин, полученных прямыми измерениями.

Пример косвенного измерения: сопротивление резистора R находят из уравнения R=U/I, в которое подставляют измеренные значения падения напряжения U на резисторе и тока I через него.

Совместные измерения — одновременные измерения нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

Пример совместного измерения: определяют зависимость сопротивления резистора от температуры ; измеряя сопротивление резистора при трех различных температурах, составляют систему из трех уравнений, из которых находят параметры R_o, А и В зависимости.

Совокупные измерения — одновременные измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, составленных из результатов прямых измерений различных сочетаний этих величин.

Пример совокупного измерения: измерение сопротивлений резисторов, соединенных треугольником, путем измерений сопротивлений между различными вершинами треугольника; по результатам трех измерений определяют сопротивления резисторов.

2. Термометры сопротивления (ТС)

 Принцип действия, устройство и метрологические характеристики.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве вещества изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Принцип действия: Зависимость активного сопротивления R металлов, сплавов, полупроводников от температуры ТС=ИП температуры. Состав: Датчик, который находится в условиях взаимодействия температуры и вырабатывает сигнал, находящийся в однозначной зависимости от температуры. Линии связи для передачи информации прибору. НИП для приведения исходного сигнала к уровню по ГСП. Показывающий прибор (компьютер) для сбора, обработки и представления информации. Зависимость: может быть доказана аналитически, графически, таблично, в виде шкалы прибора, в виде алгоритма, заложенного в микропроцессор. Основные метрологические свойства: чувствительность , номинальная статистическая характеристика R(t), рабочий диапазон измерений, стабильность и динамические свойства.

Физическая природа терморезистивного эффекта в металлах и полупроводниках.

Известно, что подавляющее большинство металлов имеет положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, достигающий 0,4—0,6% ⁰С^-1 для чистых металлов. Это связывается с тем, что число носителей тока — электронов проводимости— в металлах очень велико и не зависит от температуры. Электрическое сопротивление металла увеличивается с повышением температуры в связи с возрастающим рассеянием электронов на неоднородностях кристаллической решетки, обусловленным увеличением тепловых колебаний ионов около своих положений равновесия. В полупроводниках наблюдается иная картина — число электронов проводимости резко возрастает с увеличением температуры. Поэтому электрическое сопротивление типичных полупроводников столь же резко (обычно по экспоненциальному закону) уменьшается при их нагревании. При этом температурный коэффициент электрического сопротивления полупроводников на порядок выше, чем у чистых металлов.

 Металлические ТС: требования к применяемым материалам. Сравнительная характеристика и область применения различных материалов, используемых для металлических ТС (медь, никель, вольфрам, платина). Оценка их преимуществ и недостатков (в том числе и на основании их физических свойств). Их свойства, типы градуировок.  Полупроводниковые ТС: область применения, преимущества и недостатки.

Физические свойства некоторых металлов, применяемых для изготовления термометров сопротивления:

Физические свойства	Металлы
	Медь	Никель	Платина	Вольфрам
Температура плавления, tпл. С	1083	1455	1773	3380
Коэффициент теплопроводности (при t=200С), , Вт/(мK)	413	107	72,6	186
Коэффициент теплового линейного расширения (ТКЛР) (в интервале 0…100С), 106, K1	16,5	13,3	8,9	4,3
Удельное электрическое сопротивление (при t=20С), 108, Омсм	1,67	10,0	10,6	5,25
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (при t=20С), ср.103, K1	4,3	6,4	3,9	4,5
Удельная теплоёмкость, С, Дж/(кгK)	380	410	140	130
Плотность, , кг/м3	8960	8900	21450	19300
Предел прочности, в106, Па	220	80	150*	1300

*для платины – предел текучести