Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Топ:
Теоретическая значимость работы: Описание теоретической значимости (ценности) результатов исследования должно присутствовать во введении...
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Интересное:
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Дисциплины:
2021-04-18 | 230 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Первичный эталон разности электрических потенциалов снабжен электрохимическим эталонным элементом (нормальным элементом Вестона). Это специальный гальванический элемент, составные части которого строго подбираются по составу веществ и дозировки.
Бывают элементы насыщенные и ненасыщенные. В качестве основного вещества обычно используется раствор СdSO4 (сернокислого кадмия). Насыщенные элементы при рабочей температуре содержат нерастворенные кристалы, а ненасыщенные свободных кристалов не имеют.
Тип | Класс точн. | Э. д. с., В | Допуст. ток, мкА | Температура 0С | Дрейф De, мкВ за год |
Насыщенный | 0,001 | 1,01859..1,01863 | 1 | 20,0 ± 0,5 | 10 |
0,002 | 1,01856..1,01866 | 1 | 20,0 ± 2,0 | 20 | |
0,005 | 1,01850..1,01870 | 1 | 10.. 40 | 50 | |
Ненасыщенный | 0.02 | 1,0186..1,0194 | 10 | 5.. 55 | 200 |
При 20oС погрешность по напряжению 3*10-6 при оптимальных условиях, которые заключаются в том, что изменения температуры не превосходят 10-3 К, отсутствует нагрузка и нет ни вибраций, ни тряски. У элемента Вестона очень длительное тепловое последействие. После того, как он был нагрет до 30oС, ему может понадобиться 6 месяцев, прежде чем напряжение на нем полностью стабилизируется и не будет отличаться более, чем на 0,3 мкВ от его номинального значения при 20 °С. Кроме того, элемент Вестона будет со временем стареть, что приведет к увеличению его внутреннего сопротивления (R i 500 — 1000 Ом) и уменьшению напряжения на несколько микровольт (в течение первых лет).
Для эталонов более низкого порядка достаточны зенеровские опорные элементы (стабилитроны). Через зенеровский элемент пропускают постоянный ток и поддерживают его при постоянной температуре. Он может обеспечить погрешность меньше 10-5. Зенеровские элементы особенно полезны в качестве переносимых эталонов, их часто применяют в портативной аппаратуре.
|
Уязвимость и сравнительно большая погрешность эталонных элементов заставляют искать эталоны напряжений, которые были бы более постоянными и легче воспроизводимыми. Результатом такого поиска стало использование эффекта Джозефсона в эталонах напряжения. Этот эффект, предсказанный в 1962 году английским студентом Брайеном Джозефсоном, наблюдается в том случае, когда два сверхпроводника располагаются близко один от другого на расстоянии порядка 10-9 м.
Обычно в качестве проводников используют тонкие пленки из свинца, охлажденные до температуры ниже точки перехода. Эти пленки разделены слоем окисла толщиной 1 нм. В этих условиях электроны имеют возможность совершить туннельный переход через образующийся контакт. Этот электрический туннельный ток помещают в высокочастотное электрическое поле (с частотой f0), направленное перпендикулярно по отношению к контакту. В результате зависимость тока от напряжения имеет ступенчатый вид. Эта зависимость характеризуется скачками тока при квантованных значениях напряжения V j. Напряжение Vj (n), соответствующее п -му скачку (п— целое число), зависит от частоты f0 по правилу: Vj (n)= nf 0 (h /2 q), где h и q — фундаментальные физические постоянные, а именно: h — постоянная Планка, q— заряд электрона. Для целей метрологии значение 2 q /h принято равным 483597,9 ГГц/В. Соединяя контакты последовательно, можно получить напряжение порядка 10 мВ с погрешностью всего лишь 4*10-7 (при f0 =10 ГГц и температуре 4о К).
Эталон электрического сопротивления
Эталонами электрического сопротивления являются образцовые резисторы на значения 10-5 — 109 Ом, намотанные проволокой из сплава, свойства которого в наименьшей степени зависят от температуры. Другое требование: малые значения собственной термо э. д. с.
Примером такого сплава является эваном (evanohm), состоящий из 74% никеля, 20% хрома и 6% алюминия и железа. Этот сплав обычно применяют для высокоомных эталонов (10 кОм). Для получения малых сопротивлений (1 Ом) часто используют манганин (86% Сu, 12% Мn, 2% Ni) или константан (54% Сu, 45% Ni, 1% Мn). Для манганина ТКС£0,002% на 10С. Эталоны сопротивлений высокого класса помещают в термостат, температуру в котором поддерживают с очень большой точностью. Могут быть в виде однозначных мер или в виде магазинов. Изготавливаются в виде катушек с бифилярной намоткой. Классы точности подобных элементов 0,002..0,001. Бифилярная намотка позволяет уменьшить индуктивность катушки.
|
Эталоны сопротивления чувствительны к влажности и нагреванию за счет рассеяния энергии на самом эталоне. Низкоомные эталоны бывают снабжены двумя парами выводов: токовыми выводами и выводами для измерения напряжения. Это сделано для того, чтобы при измерении сопротивления избежать влияния сопротивления контактов и подводящих проводов. Можно достичь погрешности 1*10 -6.
Проволочные резисторы стареют и могут обладать большим дрейфом. Поэтому в настоящее время эталоны сопротивлений основаны на так называемом квантовом эффекте Холла (открытом К. фон Клитцингом в 1980 году). Этот метод позволяет привязать единицу электрического сопротивления Ом, к неизменным физическим постоянным подобно эффекту Джозефсона.
Квантовый эффект Холла наблюдается в том случае, когда полупроводниковая пластина, обладающая эффектом Холла, с большой подвижностью носителей заряда охлаждается до 1о К и помещается в сильное магнитное поле. Если через пластину пропускается ток величины I, то между ее гранями возникает эдс Холла V н. У зависимости V н от интенсивности магнитного поля имеются так называемые плато. Результирующие (квантовые) сопротивления Холла выражаются формулой: R н (n)= V н (n)/ I. Здесь R н (n)=(h / q 2) / N, где N — целое число, a h и q — фундаментальные физические постоянные (h / q 2 = 25812,807 Ом). Этот метод позволяет задать единицу электрического сопротивления с погрешностью 2*10 -7.
Эталон емкости
Существуют в виде образцовых конденсаторов с малыми значениями ТКЕ. Диэлектрик – полистирол, кварц, стирофлен, вакуум.
Из четырех коаксиальных цилиндров можно сконструировать конденсатор, емкость которого будет зависеть только от длины цилиндров. Такой конденсатор особенно удобен в качестве эталона емкости, так как необходимо определять точно только длину. Методами оптической интерференции это можно сделать с исключительной точностью. Такие цилиндрические конденсаторы, называемые конденсаторами Томпсона-Лампара (Tompson-Lampard), позволяют достичь погрешности меньше 10-8. Неудобство заключается в том, что емкость мала (приблизительно 1,9 пФ на метр). В качестве эталонов низших порядков используются другие конфигурации электродов, обеспечивающие значения емкостей 10 — 100 пФ, но обладающие более высокими погрешностями.
|
Эталон индуктивности
Точные эталоны индуктивности создать трудно. Это обусловлено большим числом параметров, определяющих довольно сложную геометрию катушек и влияющих на точность задания индуктивности. Кроме того, погрешность увеличивается за счет потерь энергии, обусловленных сопротивлением провода, эффектов близости и вихревых токов. Катушки наматываются на каркас (обычно фарфоровый). Точность имеющихся в настоящее время эталонов индуктивности составляет примерно 10-5.
Для того, чтобы сделать минимальное активное сопротивление используются многожильные провода и специальные методы пайки. При этом достигается более равномерное распределение тока по сечению. Используется провод типа литцендрат. Это медный многожильный провод с изолированными жилами.
Эталон затухания
Обычно в виде четырехполюсников (Т, Н, П, мостовая, Т с перекрытием и др. схемы). Эти схемы используются в измерительных приборах (ваттметры, вольтметры и др), в генераторах.
Схемы резистивных мер затухания основаны на поглощении и рассеивании энергии. Диапазон частот обычно не превышает сотен МГц. В случае СВЧ диапазона эталонные меры поляризационные или предельные.
Запредельный аттенюатор использует особенности запредельного волновода (l>>lкр). На приведенном рисунке круглый волновод – запредельный, поле в нем убывает по экспоненте с постоянной затухания const.
Изменяя длину отрезка круглого волновода L можно линейно (в дБ) изменять затухание АдБ ~ L. Используя точный микрометр можно с высокой точностью устанавливать требуемое значение (до 0.001 дБ).
|
Недостаток: так как аттенюатор несогласован по входу и выходу, то обычно включают активные элементы затухания на входе и выходе. Они обеспечивают дополнительное согласование. Начальное затухание при этом ~ 30 дБ и за счет регулировки длины максимальное затухание может достигать 140 дБ.
Лекция 10: Статические характеристики и схемы Измерительных приборов
Объекты измерения можно разделить на «активные» и «пассивные». Для «активного» объекта (то есть в случае, когда информация, которую предстоит получить об измеряемом объекте, активна) нужен эталон, чтобы для данного объекта измерить их отношение величин сигналов объекта и эталона. Такой эталон должен давать хорошо известный сигнал той же размерности, что и измеряемый сигнал (рис. 1).
Рис. 1. Получение информации об объекте измерения: (а) «Активный»,
(б) «Пассивный» объект измерения
Примером «активных» эталонов являются точные синтезаторы сигналов, источники опорного напряжения и т. д., тогда как измерительные преобразователи, аттенюаторы и калибровочные резисторы являются «пассивными» эталонами.
К пассивной информации нет доступа, пока она не преобразована в активную форму. Для того чтобы сделать это, необходим какой-то источник энергии (источник электрического тока при измерении резистора). С помощью энергии этого источника пассивная информация, имеющаяся в объекте измерения, становится активной - ток, текущий через резистор, вызывает появление на нем напряжения. Тогда активную информацию можно регистрировать имеющимися техническими средствами, то есть с помощью измерительных средств.
Таким образом, для измерения «пассивных» объектов (то есть в случае, когда измерительная информация, которую предстоит получить, содержится в объекте в пассивной форме) необходим внешний источник энергии, чтобы возбудить или активизировать соответствующие пассивные свойства данного объекта. Этот возбудитель оказывает воздействие на объект измерения, который, в свою очередь, так или иначе, откликается на него. Если известно воздействие, то для того, чтобы узнать свойства объекта, нужно лишь измерить отклик. Фактически отклик содержит активную информацию, как об измеряемом объекте, так и о воздействии. Если воздействие не известно, то для извлечения той части пассивной информации, которая активизирована данным воздействием, необходимо осуществить измерение, как отклика, так и самого воздействия.
Если при измерении с помощью используемых технических средств определяется отношение двух физических величин, то необходимо чтобы они имели одну и ту же физическую размерность. При этом нужен эталон (мера), который характеризуется известным соотношением между воздействием и откликом. Такой пассивный эталон даст возможность проводить измерения с «пассивным» объектом, как показано на рис. 1
|
Главное отличие активного РИП от пассивного – наличие стимулирующей части (источника тестового сигнала), который может быть эталонным или хотя бы стабильным на время измерений.
Источники погрешностей
Чтобы в возможно большей степени уменьшить погрешности измерений, полезно иметь некоторое представление об их источниках. Поэтому рассмотрим сейчас источники возможных ошибок на основе схемы измерения, изображенной на рис. 2.
Рис. 2. Взаимодействия измерительной системы с исследуемым объектом, окружающей средой и наблюдателем
Согласно схемы, состоящей из объекта, измерительной системы и наблюдателя, помещенных в определенную окружающую среду, объект и система взаимодействуют друг с другом; объект влияет на измерительную систему и наоборот, система оказывает воздействие на объект. Влияние объекта на систему желательно. Посредством его осуществляется перенос измерительной информации. Влияние системы на объект нежелательно, так как при этом измеряемая величина может заметно изменяться. В этом состоит ошибка обратного влияния. Необходимо попытаться согласовать входной каскад измерительной системы c объектом таким образом, чтобы свести ошибку обратного влияния к минимуму.
На рис. 2 показано также взаимодействие между выходом измерительной системы и наблюдателем. Выражение «наблюдатель» употреблено здесь в широком смысле слова, включающем не только регистрацию результатов измерения человеком, но и ЭВМ. Здесь также взаимодействие измерительной системы и наблюдателя складывается из желательной и нежелательной составляющих. Воздействие измерительной системы на наблюдателя, то есть передача наблюдателю результата работы измерительной системы, очевидно, является желательным. Обратное влияние может приводить к ошибкам, если характер воздействия наблюдателя на измерительную систему и степень этого воздействия оказываются такими, что результат измерения меняется.
Вот примеры ошибок такого рода: считывание показаний стрелочного прибора под углом, а не по направлению, перпендикулярному к шкале прибора, в результате чего возникает ошибка параллакса; нагружающее действие несогласованного (неодушевленного) наблюдателя на выходные каскады измерительной системы. Чтобы уменьшить ошибки обратного влияния, необходимо осуществить сопряжение выходного каскада измерительной системы с наблюдателем.
Помимо рассмотренных взаимодействий измерительная система находится в двусторонней связи с окружающей средой. Когда характер и степень данного взаимодействия таковы, что окружающая среда существенно влияет на результат работы измерительной системы, это взаимодействие нежелательно, оно вызывает возмущения и помехи. Об этом источнике ошибок измерения говорят как о возмущающем или «мешающем» воздействии.
Наконец, четвертым источником ошибок измерения являются (несовершенные) характеристики самой измерительной системы. Если характеристики системы не соответствуют требованиям данного измерения, то они приводят к тому, что измерения оказываются неправильными. Подбирая методики и СИ можно минимизировать ошибки измерения такого рода.
Обратное влияние на измеряемый объект: согласование
При самом акте измерения всегда в определенной степени оказывается воздействие на объект. Это может вызвать большее изменение измеряемой величины. Чтобы избежать этого, необходимо согласовать измерительную систему с измеряемым объектом. Обычно бывает достаточно подстроить только входную часть (входной каскад) измерительной системы. В зависимости от ситуации различают согласование различного рода. Известно три типа такого согласования: классическое согласование импедансов всех частей системы, сопряженное согласование и анэнергетическое согласование. При последнем варианте сводят к минимуму передачу энергии или мощности между объектом измерения и измерительной системой. В результате такого согласования в процессе измерения сколько-нибудь ощутимая энергия не передается на измеряемый объект и не потребляется от него. В некоторых случаях добиться этого позволяет компенсационный метод измерения.
|
|
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!