Теорема Котельникова

Электростатические  приборы практически инварианты к изменению, температуры, частоты, формы кривой приложенного напряжения и внешнего   магнитного   поля.   Собственное   потребление   мощности   приборов на переменном токе мало, а на постоянном токе - практически равно нулю.

Электростатические  вольтметры используются для измерения  напряжения в широком частотном диапазоне (от 20 Гц до 30 мГц) в маломощных цепях, а также в цепях высокого напряжения до сотен киловольт. Класс точности приборов соответствует 1,0; 1,5; 2,5; однако они могут быть выполнены и более точными - класса 0,1 и 0,05.

Принцип действия индукционного измерительного механизма основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными ими в подвижном алюминиевом диске. Для создания вращающего момента необходимо иметь не менее двух переменных магнитных потоков или двух составляющих одного потока, сдвинутых по фазе и смещенных в пространстве.

В зависимости от числа потоков, пересекающих подвижную часть, индукционные механизмы  могут быть одно- и многопоточными. В настоящее время наиболее широкое применение находят многопоточные измерительные механизмы при создании счетчиков электрической энергии.

Подсчет израсходованной активной энергии  осуществляется по числу оборотов п диска с помощью счетного механизма.

При реализации различных задач измерительной  техники совместно с электромеханическими приборами находят применение шунты, делители  напряжения, измерительные  трансформаторы  тока и напряжения.

Шунт  является преобразователем тока в напряжение и представляет собой резистор специальной  конструкции. Применяется в основном в цепях постоянного тока с  магнитоэлектрическим измерительным  прибором и предназначен для расширения пределов измерения в п раз. Сопротивление шунта определяется из следующего выражения:

где - сопротивление измерительного механизма; n =I/Iи— коэффициент шунтирования; I - измеряемый ток; Iи - ток в измерительном механизме.

Шунты изготовляют из манганина и при  измерении небольших токов (до 30 А) их встраивают в корпус прибора. Для  измерения больших токов (до 7500 А) применяются наружные шунты. Шунты  подразделяют по классам точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5.

Расширение  пределов измерения измерительных  механизмов по напряжению осуществляется с помощью резисторов, называемых добавочными сопротивлениями и включаемых последовательно с измерительным механизмом,. При необходимости расширения пределов измерения вольтметров в т раз добавочное сопротивление

,

- сопротивление измерительного  механизма; т = и/ип ; и-- измеряемое напряжение; и_п -напряжение постоянного тока, необходимое для полного отклонения подвижной части измерительного механизма.

Добавочные  резисторы   изготовляют   из  манганиновой изолированной  проволоки и также подразделяют по классам точности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измерительные трансформаторы тока и напряжения служат для преобразования больших переменных токов и напряжений в малые. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает расширение пределов измерения по току и напряжению, гальваническое разделение частей измерительной цепи, согласование отдельных частей измерительного устройства.

Трансформатор состоит из двух изолированных обмоток: первичной с числом витков w₁ и вторичной с числом витков w₂ (рис.12, а, б), размещенных на магнитопроводах.

В трансформаторах тока обычно первичный  ток I₁ больше вторичного I₂, поэтому в них w₁ < w₂. В трансформаторах напряжения первичное напряжение и₁ больше вторичного и₂, поэтому w₁ > w₂. По схемам включения и условию работы трансформаторы тока и напряжения отличаются друг от друга (рис. 12). Показания А и В необходимо умножить на соответствующие коэффициенты трансформации по току и напряжению ( ).

Измерительные трансформаторы тока и напряжения изготовляют  стационарными и переносными (либо лабораторными).

Для измерения постоянных токов и  напряжений используются магнитоэлектрические амперметры и вольтметры, применяются также электродинамические, ферродинамические и электростатические приборы.

Магнитоэлектрические  амперметры и вольтметры наиболее точные, имеют высокую чувствительность и равномерную шкалу.

Выпускаемые магнитоэлектрические амперметры и  вольтметры конструктивно выполняются переносными и щитовыми.

Электроизмерительные  приборы высокой чувствительности к току или напряжению, имеющие  неградуированную шкалу, называют гальванометрами. Они используются в качестве нуль-индикаторов, а также для измерения малых токов, напряжений и количества электричества в специальных измерительных схемах.

Для измерения действующих значений переменных токов и напряжений используются электромагнитные, электродинамические, ферродинамические амперметры и вольтметры, а также электростатические вольтметры.

Высокая чувствительность магнитоэлектрических приборов и другие их достоинства обеспечивают возможность их использования в цепях переменного тока с применением предварительных преобразователей (преобразователь переменного тока в постоянный). Широко используются для этого полупроводниковые приборы, термопреобразователи и электронные лампы. В зависимости от типа используемого преобразователя различают приборы выпрямительные, термоэлектрические и электронные.

Градуировка приборов выпрямительной системы осуществляется в действующих значениях тока (напряжения) при синусоидальном токе (условно таковым считается напряжение или ток, близкие к синусоиде, с коэффициентом формы, равным 1). При отличии формы кривой от синусоиды в приборах возникает дополнительная погрешность.

Измерение электрической энергии осуществляется с помощью индукционных счетчиков. По точности счетчики активной энергии подразделяются на классы: 0,5; 1,0; 2,0 и 2,5; счетчики реактивной энергии — на классы 1,5; 2,0 и 3,0.

Для измерения активной мощности в трехфазных трехпроводных цепях применяются  двухэлементные ферродинамические  ваттметры, а в четырехпроводных цепях — трехэлементные.

Измерение активной и реактивной энергии в  трехфазных цепях переменного тока производится трехфазными электрическими счетчиками.

Измерение угла сдвига фаз и коэффициента мощности осуществляется с помощью фазометров. Наиболее часто в фазометрах используются электродинамические логометры. Обычно они имеют предел измерения cosφ от 0,5 до 1, класс точности 2,5. Электромеханический прибор для измерения частоты называется электромагнитным резонансным частотомером, который также строится на основе электро- и ферродинамического логометра.

В табл. 2 приведены технические характеристики некоторых современных аналоговых приборов.

Таблица 2

 

Приборы	Измеряемая величина	Предел измерений, I,A; U,B	Частотный диапазон, Гц	Погреш-ность,%	Собственное потребление мощности, Вт	Выходное сопротив-ление, Ом
Магнитоэлек-трические	I= u=	10-8—50 10-4—6.102	-	0.05	10-6	-
Электро- магнитные	I   u	10-4—2.5.102 0—6.102	0—8.103	0.2	0.1	-
Электродина-мические	I u	10-5—50 0—6.102	0—104	0.1	0.1	-
Электро-статические	u	10-1—3.105	0—107	0.05	-	1012
Выпрями-тельные	I ~   u ~	2.10-5—6.102 10-3—6.10-2	20—5.104	1.5	-	-
Термоэлектри-ческие	I ~ u ~	10-6—102 10-3—6.102	0—3.105	1.0	1.0	-
Электронные	u	5.10-3—103	0—109	2.5	-	3.107

 

 

Преобразования  информации:

1. преобразование различных физических величин, характеризующих состояние объекта, в электрические сигналы;
2. преобразование электрических унифицированных сигналов из одного вида в другой,
3. аналого-цифровое преобразование.

Измерения: получение количественной характеристики объекта в форме, доступной для  непосредственного восприятия человеком-оператором.

Хранения  информации: хранение априорной информации об объекте, необходимой для выполнения операций, связанной с вычислительной обработкой результатов АЦ-преобразования.

Обработки информации: обработка результатов  предшествующих измерительных преобразований.

Представления информации: полученной в результате АЦ-реобразования или вычислительной обработки в форме, доступной  для непосредственного восприятия человеком-оператором.

Формирование  воздействия: автоматическое создание дополнительных условий проведения планируемого измерительного эксперимента над объектом (контроль, диагностика) на основе данных обработки информации об объекте.

Управление  системой: организация совместного  функционирования средств, образующих систему, в соответствии с заданной программой.

В составе ИИС эти устройства выполняют  определённые операции и взаимодействуют  друг с другом, передавая информационные и управляющие сигналы через  систему сопряжения.

Для унифицированных систем сопряжение между устройствами, участвующими в  обмене информацией, стал общепринятый термин интерфейс.

Интерфейс—совокупность  схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составляющих элементов(ГОСТ 15971-74).

 

 

Измерение параметров ионизирующих излучений.

Ионизирующие  излучения представляют собой электромагнитные или корпускулярные излучения (рентгеновские  и  -излучения), обладающие энергией, достаточной для вырывания электронов из атомов вещества, которыми они поглощаются. Приэтом атомы вещества заряжаются положительно и становятся ионами.

Область пространства, пронизываемая излучением, характеризуется следующими величинами:

-плотностью  потока частиц ;

-плотностью  потока энергии (или интенсивностью  излучения).

Ионизирующие  излучения получили наибольшее распространение  в радиобиологии и медицине. Доза излучения (поглощения) измеряется в  греях. Это такая единица дозы излучения, при которой облученному  веществу массой в 1 кг передается энергия  ионизирующего излучения в 1 Дж. Поглощенная  доза используется в дозиметрии как  основная величина, поскольку о биологическом  действии излучения можно судить по энергии излучения, поглощенной  живой тканью.

Учет  распределения энергии излучения  вызывает значительные метрологические  трудности. Необходимо учитывать взаимодействие излучения с определенным материалом, характеризующим энергию излучения. При этом в качестве исходной принята  толщина слоя, в которой доза, воздействующая на это вещество, уменьшается  в два раза по сравнению с исходным значением.

Для радиоактивных источников, содержащих N атомов, активность А изотопов представляет собой число распадов за промежуток времени t:A=dN/dt. Единицей измерения служит беккерель (Бк), т. е. 1Бк = 1с^-1. Внесистемной единицей служит кюри (Ки), под которой понимают активность такого изотопа, в котором в 1 с происходит 3,7*10¹⁰актов распада (1 Ки=3,7*10¹⁰ Бк).

Период  полураспада Т_1/2 радиоактивного изотопа — это промежуток времени, в течение которого количество первоначально имеющихся атомов в результате радиоактивного превращения уменьшается в два раза.

, где  — постоянная распада радиоактивного изотопа.

Периоды полураспада радиоактивных веществ.

Радиоактивный изотоп	Т1/2	Области применения
Кобальт60 Со	5,3 года	Испытание материалов
Стронций Sr	28 лет	Измерение толщины
Иод131 I	8,1 день	Медицина
Цезий137 Cs	30 лет	Испытание материалов и медицины
Иридий192 Ir	74 дня	То же
Золото198 Au	2,7 дня	Медицина (терапия)

 

Измерение параметров ионизационного излучения  основано на использовании двух электродов, установленных в объеме газа, при  этом вольт- амперная характеристика может  быть использована различными способами. Под действием облучения в  газе образуются ионы, что является причиной появления тока I, зависящего от приложенного напряжения U.

В области V работают счетчики Гейгера—Мюллера и счетчики искровых разрядов.

Область IV представляет наибольший интерес: пропорциональные счетчики, работающие в этой области, характеризуются таким параметром, как вероятность срабатывания (КПД), под которым понимают отношение числа зарегистрированных частиц к числу частиц, поступивших в объем счетчика частиц.