Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
Приборы непосредственного сравнения всегда точнее, но приборы косвенного измерения обычно удобнее.
Измерительные приборы различаются также по методам измерений. В соответствии с методами измерений приборы могут быть: прямопоказывающими (метод непосредственного измерения), нуль-приборами (метод компенсации) и д и ф ф е-ренциальными (метод частичной компенсации).
В прямопоказыванмцих приборах в зависимости от значения измеряемой величины смещается по шкале указатель (стрелка, «зайчик»). К этим приборам относятся вольтметр, динамометр, спидометр и т. д. Пределы измерения такого прибора определяются шириной шкалы, а точность — возможностью оценивать доли этой шкалы.
6 "?>' В нуль-приборе измеряемая величина уравновешивается (компенсируется) набором мер из магазина. Указатель и шкала служат только для регистрации равновесия, пол-' ной компенсации измеряемой ве--дичины набором мер (установка на ;цуль). Глядя на положение указателя, можно вынести только такие ' суждения, как «равно», «больше», «меньше», но не насколько больше ((или меньше). Примеры—простейшие рычажные весы, мост для Измерения сопротивлений, измерительный потенциометр. Результат измерения получают не по •чдикале, а по набору компенсирующих мер (например, гирь). Как правило, эти приборы более точны, чем прямопоказывающие, но требуют ••{большего времени для измерения.
./,' Иногда неудобно использовать в весах все более и более мелкие -,гцрьки. В этих случаях компенсируют только наиболее существен-Лй-ую часть измеряемой величины, а разность измеряемой величины и раэбора использованных для компенсации мер определяют по перемещению указателя по шкале. Такой метод называется дифференциальным, а соответствующей прибор — дифференциальным прибором. ^Примером могут служить весьма распространенные торговые весы "С двумя чашками (для груза и для гирь) и с циферблатом, на котором 'Указатель дает разность масс грузов и гирь (рис. 2). : В современных измерительных приборах часто измеряемая величина преобразуется в электрическую величину, например в напряжение, иногда в частоту переменного тока или в частоту следующих друг 'Sa другом электрических импульсов. Для преобразования любой величины (электрической или неэлектрической) в напряжение служат .датчики и преобразователи. Существуют пассивные и активные датчики, их называют еще соответственно параметрическими и генераторными. Генераторный датчик преобразует исследуемую величину сразу в электрическую разность потенциалов, т. е. сам генерирует на-- пряжение (термопара, фотодиод).
меняет под действием измеряемой -'-.My его включают в специальную цепь, в которой и вырабатывается Необходимое напряжение. В качестве примера приведем термометр Сопротивления (рис. 3). Сопротивление резистора Rx зависит от температуры. Этот резистор включается в мост сопротивлений, с одной из диагоналей которого снимается измеряемое напряжение Ux. .Отдельно резистор (в данном слу-
Рис. 2. Пример дифференциального прибора.
Пассивный же датчик только из-величины свои параметры, поэто-
Рис. 3. Преобразователь температуры в электрическое напряжение: 1 — датчик, 2 — преобразователь.
7 ClCtt hi
/ г з <г з Б
Рис. 4. Датчики: 1 — датчик тока (резистор, включенный в разрыв провода с током), 2 — датчик освещенности (фотоэлемент), 8 — датчик ионизирующего излучения (счетчик Гейгера), 4 — датчик звука (микрофон), 5 — датчик заряда (конденсатор), 6 — датчик перемещения (переменный резистор).
чае резистор Rx) является датчиком. Он должен находиться в исследуемом объекте. Вместе же с мостом он образует преобразователь, причем измерительная схема (мост) может быть пространственно удалена от объекта. На рисунке 4 приведены примеры датчиков различных величин.
- Преобразование может быть многоступенчатым. Так, сила, приложенная к балке, может измеряться по ее деформации, деформация по удлинению наклеенной на балку тонкой проволочки, а удлинение проволочки по изменению ее сопротивления (резистивный тензодатчик)-, в этом случае проволочка включается в мост сопротивлений.
Измерительные приборы всегда более или менее сложным образом перерабатывают поступающую информацию. В самом простом случае перемещение указателя прибора прямо пропорционально измеряемой величине: L со п (рис. 5, а). При градуировке такого прибора шкала получается равномерной (все деления имеют одинаковый размер, AL оо An). Однако это не всегда так*. Если показания прибора не зависят от знака измеряемой величины, шкала в первом приближении квадратична: L ог> п2 (рис. 5, б). Такую шкалу имеют, например, многие электроизмерительные приборы. Деления шкалы у такого прибора не одинаковы, чем дальше от нуля, тем они крупнее. Правда,
специальными мерами можно s 2 S < г Ъ- | < уменьшить этот дефект.
В тех случаях, когда измеряе-J J мая величина изменяется в очень
' ' широких пределах (на несколько
порядков), линейная шкала неудобна, так как дает малую точность при малых значеннях величины. В этом случае либо делают переключатель диапазонов (XIO-1,X 10~® и т. д.), либо используют логарифмическую шкалу, т. е. строят схему прибора так, чтобы смещение указателя по шкале L было пропор-Рис. Б. Шкалы приборов: а-лиией- иионально не п, а логарифму п: пая; б - квадратичная; а - логариф- L C^ lg„ ^ Ig ^ (2)
