
- •Тема 1. Основные понятия в области метрологии
- •1.1 Основные термины и определения в области метрологии
- •1.2 Основное уравнение измерений
- •1.3 Шкалы измерений
- •Тема 2. Физические величины и их единицы
- •2.1 Физические величины
- •2.2 Единицы физических величин. Система единиц си
- •Тема 3. Измерения
- •3.2 Принципы измерений
- •3.3 Методы измерений
- •Тема 4. Средства измерений
- •4.1 Основные понятия о средствах измерений
- •4.2 Классификация средств измерений
- •Тема 5. Основные понятия теории погрешностей
- •5.1 Определение погрешности
- •5.2 Классификация погрешностей
- •Тема 6. Точность измерений и средств измерений
- •6.1 Понятие о точности измерений и средств измерений
- •6.2 Классы точности средств измерений
- •6.3 Обозначение классов точности
- •6.4 Метрологические характеристики средств измерений
- •Тема 7. Обработка результатов многократных измерений
- •Тема 8. Государственный метрологический контроль и надзор (гмКиН)
- •8.1 Понятие о гмКиН
- •8.2 Утверждение типа средств измерении
- •8.3 Поверка средств измерений
- •8.4 Калибровка средств измерений
- •Тема 2. Основы стандартизации
- •2.1 Основные положения в области стандартизации
- •2.2 Документы в области стандартизации
- •2.3 Виды стандартов
- •2.4 Методы стандартизации
- •Тема 3. Единая система допусков и посадок для гладких цлиндреских соединений. Принципы построения
- •3.1 Понятие погрешности и точности изготовления деталей
- •3.2 Основные понятия о размерах и предельных отклонениях
- •3.3 Посадки
- •3.4 Системы посадок
- •3.5 Допуски
- •3.6 Квалитеты
- •3.7 Принципы выбора допусков и посадок
3.2 Принципы измерений
Принцип измерений – это физическое явление или эффект, положенное в основу измерений. Рассмотрим лишь несколько широко распространенных эффектов.
1. Пьезоэлектрический эффект заключается в возникновении ЭДС на поверхности (гранях) некоторых кристаллов (кварц, турмалин, искусственные пьезоэлектрические материалы – пьезокерамики и др.) под действием внешних сил (сжатие, растяжение). Наибольшее применение для измерений нашли кварц и пьезокерамики (например, титанат бария), обладающие достаточно высокой механической прочностью и температурной стабильностью (кварц до температуры примерно 200 °С, пьезокерамика – до 115 °С). Пьезоэлектрический эффект обратим: ЭДС, приложенная к пьезоэлектрическому кристаллу, вызывает механические напряжения на их поверхности.
2. Термоэлектрический эффект широко применяется при измерениях температуры, причем используются две основных разновидности способов использования этого эффекта.
В первом используется свойство изменения электрического сопротивления металлов и полупроводников при изменении температуры. Из металлов часто применяются медь (для обычных измерений) и платина (для высокоточных измерений). Соответствующий измерительный преобразователь называется терморезистором. Чувствительные элементы полупроводникового преобразователя – термистора – изготавливаются из окислов различных металлов. С увеличением температуры сопротивление термистора уменьшается, в то время как у терморезистора – возрастает. Зависимость изменения сопротивления термисторов при изменении температуры существенно нелинейна, у медных терморезисторов – линейна, у платиновых аппроксимируется квадратным трехчленом. Платиновые терморезисторы позоляют измерять температуру в пределах от минус 200 до + 1000 °С.
Другим способом использования термоэлектрического эффекта является возникновение термо-ЭДС в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников (или полупроводников), соединенных (спаянных) между собой на одном конце, а на другом подключенным к измерителю ЭДС, при различии температуры в месте спая и в месте соединения с измерителем. Соответствующие соединения двух разнородных проводников (полупроводников) называются термопарами. Широко используются для термопар хромель, копель, константан, платина и др. Термопары позволяют измерять температуру в широком диапазоне (от минус 200 до + 2800 °С). Например, пара хромель-константан позволяет измерять температуру до + 700 °С, а пара вольфрам-рений – до + 2800 °С. При этом приходится применять чувствительные измерители ЭДС, так как величина термо-ЭДС составляет от значений примерно 10 до 80 мкВ/°С.
3. Фотоэлектрический эффект. Для целей измерений используется внешний и внутренний фотоэффекты.
Внешний фотоэффект возникает в вакуумированном баллоне, имеющем анод и фотокатод. При освещении фотокатода в нем под влиянием фотонов света эмитируются электроны. В случае наличия между анодом и фотокатодом электрического напряжения эмитируемые фотокатодом электроны образуют электрический ток, называемый фототоком. Таким образом, происходит преобразование световой энергии в электрическую. Описанный преобразователь называется фотоэлементом. Существуют также газонаполненные фотоэлементы.
Внутренний фотоэффект возникает при освещении слоя между некоторыми полупроводниками и металлами. В этом слое возбуждается ЭДС. У ряда полупроводников под влиянием светового излучения изменяется электрическое сопротивление. Иногда этот эффект называется фоторезистивным, а соответствующие устройства – фоторезисторами. «Темновое» (при отсутствии освещения) сопротивление фоторезистора достаточно большое (например, 108 Ом). При освещении оно может уменьшиться до 105 Ом. Фоторезисторы обладают высокой чувствительностью, существенно превышающей чувствительность фотоэлементов. В качестве фоточувствительного материала применяют сернистый кадмий, сернистый свинец, кремний и др.