Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
1 Первичный преобразователь — измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина и который осуществляет первичное преобразование полезного сигнала, несущего информацию об измеряемом объекте.
328
характеристик СИ с помощью корректирующих устройств [23] не всегда целесообразно, поскольку некоторые характеристики СИ (например, порог чувствительности, шумы, наводки) не корректируются, а некоторые требуют тщательной настройки и подготовки каждого индивидуального образца СИ. В связи с изложенным вопрос об использовании корректирующих устройств должен решаться прежде всего с учетом экономической целесообразности.
11.2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕРОВ
В примерах рассматриваются наиболее значимые и характерные составляющие погрешностей для СИ данного типа. Довольно подробный анализ здесь неуместен по следующим причинам: во-первых, он может заинтересовать только узкий круг специалистов, во-вторых, детальный анализ, выявляющий несущественные составляющие погрешностей, значительно усложнит материал. В то же время именно детальное з тние процессов, сопровождающих преобразование сигнала, поз юляет выявить все источники погрешностей и разработать способы борьбы с ними. Поэтому при анализе составляющих погрешностей необходима постоянная оценка уровня значимости погрешностей и выделение наиболее существенных из них. Таким образом, всегда решается компромиссная задача.
Примеры представлены следующим образом: вначале ставится задача, решаемая с помощью данного СИ (преобразователя, прибора, установки), затем с помощью моделей СИ описывается принцип работы СИ и назначение различных преобразователей, а также погрешностей, возникающих при преобразовании полезного сигнала. В зависимости от режима работы СИ, статического и/или динамического, анализируются источники возникновения основной, дополнительной и динамической погрешностей СИ. Кроме того, для СИ каждого типа анализируются некоторые источники методических погрешностей. Классификация погрешностей по различным признакам и определения их приведены в гл. 1 и учебных пособиях [1, 3, 4, 5].
Принцип работы приводимых ниже СИ основан на использовании проникающих свойств ионизирующего излучения. Анализ работы этих приборов позволяет показать преобразование измерительной информации и источников шумов, присущее многим СИ, работа которых основана и на других принципах измерения. Остановимся на некоторых особенностях, обусловленных использованием в качестве генератора сигналов источника ионизирую-
329
щего излучения (ИИИ), а в качестве информационного сигнала — радиационного сигнала2.
1. Поскольку число частиц (квантов) TV потока ИИ в единицу времени подчинено распределению Пуассона, то величина TV флуктуирует около среднего значения. Таким образом, полезный сигнал, попадающий на чувствительную поверхность детектора регистрации излучения (датчик), зашумлен этой флуктуацией, которая является источником случайной составляющей погрешности. Если использовать классификацию погрешностей, принятую для инструментальных погрешностей, то эта погрешность является одной из составляющих основной методической погрешности.
2. Регистрация ИИ из-за ионизации и возбуждения атомов и молекул в детекторе ИИ характеризуется флуктуацией их числа около некоторого среднего значения, пропорционального регистрируемой энергии ионизирующих частиц E0. Эти флуктуации выражаются в флуктуациях амплитуд импульсов, которые в своих проявлениях подобны воздействию электронных шумов.
3. Случайный характер распределения частиц во времени и по амплитуде (как уже рассматривалось в примере 10.25) приводит к появлению искажений полезных импульсов из-за смещения нулевой линии. Эти погрешности увеличиваются с ростом регистрируемой скорости счета (имп./с), и их уровень зависит от динамической характеристики СИ. Среднее смещение нулевой линии является источником систематической погрешности, изменяющейся при изменении скорости счета, а ее флуктуации — источником случайной погрешности. Этот эффект смещения является одной из основных причин появления мертвого времени3 аппаратуры, основанной на использовании ионизирующего излучения. Это время ограничивает быстродействие СИ [21, 25].
4. Любой радионуклид распадается со временем по экспоненциальному закону. Это свойство характеризуется периодом полураспада, т.е. временем T05, в течение которого число частиц в единицу времени, вылетающих из источника, уменьшается в два раза. Нестабильность потока ИИ приводит к появлению прогрессирующей систематической погрешности с экспоненциальным
2 Радиационный сигнал — поток ионизирующего излучения, несущий информацию об измеряемом объекте.
3 Мертвое время — среднестатистический параметр, определяющий нечувствительность СИ к регистрируемым частицам ИИ в течение некоторого времени, определяемого как мертвое время.
330
законом изменения со временем. Период полураспада T0 5 является ядерной константой для данного радионуклида и может быть от долей секунды до нескольких сотен лет. В приборах используются НИИ, период полураспада которых, как правило, составляет несколько лет и более (например, радионуклиды цезия-137 и строи-ция-90 имеют периоды полураспада T05 «30 лет, америция-241 — 7^0 з«433 года, селена-75 — около 120 сут, кобальта-60 — около 5,3 года и т.д.).
