Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
В этом примере радиационным сигналом является средняя скорость счета на входе детектора, которая соответствует площади амплитудного спектра выше порога En= U^/K^Ky (рис. 11.6). При этом изменение сигнала на выходе амплитудного дискриминатора AN^-IixN-Ax. Сигнал на выходе показывающего устройства, проградуированного в единицах измеряемой величины, будет равен к= KnyT0N, а изменение показаний Дувых = KmT0AN=
Спектральная плотность мощности электронного шума, отсекаемого на входе амплитудного дискриминатора, равна
(5)
(6)
= -Кт (1IxNf)T0Ax.
Sn(f) = 2дІа\Ку(Іф)\2,
(7)
12 Основы метрологии
353
где 7ц — эквивалентный ток детектора, отражающий действие всех параллельных шумов на входе усилителя (см. (3) примера 11.1); KyQ(O) — амплитудно-фазовая характеристика усилителя.
Спектральная плотность мощности шума, приведенная к измеряемой величине:
S.W- , ,.--— (8)
I*„| K(Wl I*д| (-г,"л) КИ к1
Приведем к измеряемой величине флуктуации потока электрических импульсов на выходе амплитудного дискриминатора, учитывая, что спектральная плотность мощности этих флуктуации равна [1] SnJ1(Z) = 2NQ2J1, где 0Д — импульс заряда на выходе дискриминатора, поскольку по аналогии с (1) коэффициент преобразования KxJ1, определяемый как изменение числа импульсов на выходе дискриминатора к изменению измеряемой толщины в малом диапазоне изменений около некоторого значения толщины Зс, может быть представлен в виде = -^xNQj1. Тогда спектральная плотность мощности шума потока ИИ, приведенная к измеряемой величине je, будет равна
\sm] ^(/) - 1NQl -
и~ і *g2i ми2 и^км2
= , „ 2-j- (9)
№2\Gk№)\
Методические погрешности обусловлены неадэкватностью реальной и идеальной моделей измерения, особенностями выбранного принципа измерения (проникающей способности ИИ), а также характерными свойствами этого принципа измерения, в том числе:
— флуктуацией числа частиц ИИ, обусловленной пуассонов-ским характером радиационного сигнала;
— флуктуацией состава реального изделия от идеализированного и/или стандартных образцов, с помощью которых осуществляется градуировка СИ;
— влиянием неинформативных параметров изделия на результат измерения;
— разбросом активности ИИИ, который может составлять десятки процентов, уменьшение этого разброса с помощью изменения
354
расстояния между источником и детектором, а также с помощью поглощающих пластин изменяет регистрируемый аппаратурный спектр и может приводить к увеличению методической составляющей погрешности измерения;
— уменьшением активности ИИИ со временем из-за распада используемого радионуклида;
— погрешностью аппроксимации нелинейной зависимости линейной (см. соотношение (1)).
Дополнительные методические погрешности (факторы влияния и ?к)> обусловлены влиянием состояния окружающей среды (температуры, влажности, давления и т.п.) и механических воздействий (вибрация, удары и т.п.) на «геометрию измерения», измеряемый параметр (толщину изделия) и др.
Основная и дополнительная составляющие инструментальной погрешности обусловлены свойствами применяемого СИ и определяются в основном ПП. Эти составляющие погрешностей подробно рассмотрены в примерах 11.3—11.5 и гл. 8 и 9.
Динамическая погрешность. Случайная динамическая погрешность, обусловленная линейными искажениями сигнала, может быть определена с помощью модели на рис. 10.3, 10.4 или 10.17. Для определения оптимальных условий измерения одновременно с динамической погрешностью целесообразно анализировать основную составляющую погрешности, обусловленную шумом радиационного сигнала по формуле (10.5). В этой формуле СПМ шума iS®(jco) — СПМ шума радиационного сигнала, приведенного к измеряемой величине (см. (9)):
^(jco) = 2/ix2xN. (10)
Если необходимо воспроизведение профиля изделия, то G0(JOi)= 1, если усреднение толщины изделия на длине /0, то G0(JO)) = 0,5 sin оГ0/0,5соГ0, где T0 = l0/v, и для получения минимальной погрешности (10.5) отыскивается оптимальное соотношение между Ак и Т, поскольку при Ак « 0 можно выбрать Г« T0 или, наоборот, при Г«0 можно выбрать Г0«АК. Решение этой задачи рассмотрено в примере 10.22.
Случайная составляющая динамической погрешности обусловлена также флуктуациями нулевой линии, приводящими к флук-туациям амплитуд регистрируемых импульсов (см. пример 10.21).
Систематическая составляющая динамической погрешности, обусловленная смещением нулевой линии и, соответственно, эквивалентным изменением порога регистрации En, проявляется через
потерю части регистрируемых полезных импульсов. Это так называемые просчеты, определяемые мертвым временем тм. При небольших регистрируемых потоках N= Nx(I - NxxM). Мертвое время снижает чувствительность СИ к измеряемому параметру, а также является причиной дополнительной погрешности при изменении мертвого времени с температурой. На рис. 11.12 смещение счетных характеристик (по оси N) ПП радиоизотопного прибора обусловлено изменением мертвого времени, которое изменяется под влиянием температуры из-за изменения времени высвечивания СД с температурой.
Пример 11.7. В тех случаях, когда необходимо обеспечить малые погрешности измерения толщины в динамике (менее 1%), в условиях изменения рабочих температур при высоком быстродействии (десятки миллисекунд) используется токовое включение ионизационной камеры (ИК) с усилением сигнала постоянного тока с помощью усилителя с модуляцией и демодуляцией (МДМ).
