1. Эталоны, их назначение и характеристики.

Эталон — это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью пере­дачи ее размера другим средствам измерений. От эталона еди­ница величины передается разрядным эталонам, а от них — ра­бочим средствам измерений.

Эталоны классифицируют на первичные, вторичные и ра­бочие.

Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть на­циональным (государственным) и международным.

Национальный эталон утверждается в качестве исходного средства измерения для страны национальным органом по мет­рологии. В России национальные (государственные) эталоны утверждает Госстандарт РФ.

Международные эталоны хранит и поддерживает Междуна­родное бюро мер и весов (МБМВ). Важнейшая задача деятель­ности МБМВ состоит в систематических международных сли­чениях национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами, а также и между собой, что необходимо для обеспечения досто­верности, точности и единства измерений как одного из усло­вий международных экономических связей. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных. Установлены определенные периоды сличения.

2. Резистивные преобразователи. Гальваномагнитные элементы.

3. Принцип работы фотодиода.

Фотодиод – это фотоприемник, принцип действия которого основан на фотогальваническом эффекте и фоточувствительный элемент которого содержит структуру полупроводникового диода. В диодах, когда отключено внешнее поле, в области p-n-перехода существует внутреннее электрическое поле, препятствующее движению носителей. Если облучить переход светом с энергией квантов, превышающей ширину запрещенной зоны, то возникают электронно-дырочные пары, диффундирующие в область перехода. Там они разделяются внутренним полем – электроны в n-область, а дырки в p-область и вызывают ЭДС на контактах фотодиода (фотогальванический режим – фотодиод работает генератором фотоЭДС). При этом выражение для тока фотодиода IФg можно получить из схемы замещения фотодиода в фотогальваническом режиме (рисунок 1).

где IФ – фототок, R – сопротивление нагрузки, Ipn- ток p-n – перехода, u – напряжение на диоде, Io – тепловой ток p-n-перехода,  - температурный потенциал.

Рисунок 1 – Схемы фотодиода: а – схема включения; б – схема замещения

Если же включить p-n-переход в электрическую цепь и подать на него обратное смещение (рисунок 2), то в область p-n-перехода возникает обедненный слой, в котором отсутствуют носители и действует сильное электрическое поле. Если теперь осветить фотодиод, то возникающие носители ускоряются в этом поле и движутся: электроны в n-слой, дырки в p-слой. Возникающий в результате этого ток протекает во внешние цепи (фотодиодный режим). Ток фотодиода при этом равен:

. (3)

В общем случае ток фотодиода описывается выражением (2). Это уравнение является уравнением семейства вольтамперных характеристик (рисунок 3).

Рисунок 2 – Схема включения фотодиода с обратным смещением

Рисунок 3 – Вольтамперные характеристики фотодиода

Семейство вольтамперных характеристик фотодиодов расположено в квадрантах I , III., IV. Квадрант I- это нерабочая область для фотодиода, в этом квадранте к p-n-переходу прикладывается прямое напряжение и диффузионная составляющая полностью подавляет фототок (Ipn>>IФ). Фотоуправление потоком через диод становится невозможным. Квадрант III – это фотодиодная область работы фотодиода. К p-n-переходу прикладывается обратное напряжение. В рабочем диапазоне рабочих напряжений фототок практически не зависит от обратного напряжения и сопротивления нагрузки. Вольтамперная характеристика нагрузочного резистора R представляет собой прямую линию, уравнение которой имеет вид:

Еобр – IФgR = U, (3.4)

где Еобр - напряжение источника обратного напряжения; U - обратное напряжение на фотодиоде; IФg - фототок (ток нагрузки).

Фотодиод и нагрузочный резистор соединены последовательно, то есть через них протекает один и тот же ток IФg. Этот ток можно определить по точке пересечения вольтамперных характеристик фотодиода и нагрузочного резистора.

Квадрант IV – семейство вольтамперных характеристик фотодиода соответствует фотогальваническому режиму работы фотодиода. Точки пересечения вольтамперных характеристик с осью напряжения соответствует значениям фотоЭДС или напряжения холостого хода Ux (рисунок 3) при разных потоках Ф. Точки пересечения вольтамперных характеристик с осью токов соответствуют значениям токов короткого замыкания (R = 0). Промежуточные значения сопротивления нагрузки для разных значений R выходят из начала координат под разным углом. При заданном значении тока по вольтамперным характеристикам фотодиода можно выбрать оптимальный режим работы фотодиода в фотогальваническом режиме. Под оптимальным режимом в данном случае понимают выбор такого сопротивления нагрузки, при котором в R будет передаваться наибольшая электрическая мощность.

Билет № 14

Метрологические характеристики средств измерения и их нормирование (ГОСТ 8.009-84), метрологическая аттестация и поверка средств измерения, назначение и состав ГСП.

Аттестация средств измерений

- процесс, устанавливающий действительные индивидуальные значения метрологических характеристик каждого экземпляра средств измерений. При этом порядок, процедура и методические основы такой аттестации соответствуют порядку, процедуре и методическим основам, принятым для метрологической аттестации нестандартизированных средств измерений. К нестандартизированным средствам измерений относят средства измерений, изготовленные или вывезенные из-за границы в единичных экземплярах, находящиеся в обращении, но не обеспеченные нормативно-технической документацией на методики поверки, а также единичные экземпляры серийного выпуска, применяемые для целей и в условиях, не предусмотренных технической документацией на их эксплуатацию.

Метрологическая характеристика средства измерений - характеристика одного из свойств средства измерений, влияющих на результат измерений или его погрешность. Основными метрологическими характеристиками являются диапазон измерений и различные составляющие погрешности средства измерений.

При использовании СИ принципиально важно знать степень соответствия

информации о измеряемой величине, содержащейся в выходном сигнале, ее

истинному значению. С этой целью для каждого СИ вводятся и нормируются

определенные метрологические характеристики (MX). Метрологические

характеристики — это характеристики свойств средства измерений, оказывающие

влияние на результат измерения и его погрешности. Характеристики,

устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются

нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными.

Номенклатура MX, правила выбора комплексов нормируемых MX для средств

измерений и способы их нормирования определяются стандартом ГОСТ 8.009-84

"ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений".

Метрологические характеристики СИ позволяют:

• определять результаты измерений и рассчитывать оценки характеристик

инструментальной составляющей погрешности измерения в реальных условиях

применения СИ;

• рассчитывать MX каналов измерительных систем, состоящих из ряда средств

измерений с известными MX;

• производить оптимальный выбор СИ, обеспечивающих требуемое качество

измерений при известных условиях их применения;

• сравнивать СИ различных типов с учетом условий применения.

При разработке принципов выбора и нормирования средств измерений

необходимо придерживаться ряда положений, изложенных ниже.