Физические основы измерительных виброакустических преобразователей

Измерительный преобразователь(ИП) или датчик, представляет собой техническое средство, преобразующее входную физическую величину в другую физическую величину или в соответствующий сигнал отображения, удобный для последующей обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикаций или передачи информации, и имеющее нормированные метрологические характеристики. Сигнал измерительного преобразователя количественно связан с измеряемой величиной. Измерительные преобразователи характеризуются чувствительностью, динамическим диапазоном, пределом и погрешностями преобразований.

Под чувствительностью ИП понимают отношение величины изменения выходного сигнала к вызывающему его изменению входной (измеряемой) величины.

Абсолютная чувствительность S равна S = ∆y/∆x, относительная чувствительность S ₀ равна S ₀ = ∆y/(∆x · x ^–1 ), где ∆y – изменение сигнала на выходе; x – измеряемая величина; ∆x – изменение измеряемой величины.

Динамический диапазон измерений определяется наибольшим и наименьшим значениями измеряемой (входной) величины, которая воспринимается ИП без искажений.

Предел преобразования равен наибольшему значению входной величины, которая воспринимается ИП без искажений и повреждений.

Под погрешностью измерения понимается отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины, которая представляется в абсолютной или относительной форме.

При измерении параметров вибрации используют два принципа измерения: кинематический и динамический. Первый заключается в том, что измерения координат точек исследуемого объекта ведут относительно неподвижной системы координат, реализуемой в приборе или вне прибора. Динамический принцип заключается в измерении параметров вибрационных колебаний относительно искусственно созданной неподвижной системы отсчета, связанной с инерционной (практически неподвижной) массой, вывешенной на пружинящих элементах, соединенных с вибрирующим объектом. Динамический принцип в измерительных преобразователях инерционного типа позволяет измерять абсолютные величины параметров вибрационных колебаний. Кинематический принцип в ИП позволяет определять относительные значения величин параметров вибраций.

Преобразователи абсолютных значений параметров вибрационных колебаний делятся на генераторные и параметрические. В генераторных ИП осуществляется прямое преобразование механической энергии в электрический сигнал. В параметрических ИП под действием измеряемых механических величин изменяются электрические характеристики элемента схемы: сопротивление, емкость, частота, индукция, заряд и др. Особенностью этих ИП является наличие внешних источников питания и устройств (демодуляторов), фиксирующих изменение электрических величин.

К генераторным ИП относят пьезоэлектрические, индукционные, с использованием эффекта Холла и др.

К параметрическим ИП относят резистивные, пьезоэлектрические, индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие, емкостные, электронно-механические, вибрационно-частотные, предельные контактные, импедансные и другие датчики. Перечисленные ИП являются контактными, так как их закрепляют на исследуемом объекте и проводником соединяют с измерительной аппаратурой.

Контактные ИП для измерения изделий малых размеров неудобны или даже непригодны, так как искажают измеряемый сигнал. Бесконтактные ИП свободны от указанных недостатков. В бесконтактных ИП реализуется кинематический принцип измерения относительных величин параметров вибрационных колебаний и других процессов.

К бесконтактным ИП относительных значений параметров вибрационных колебаний относят магнитные, радиоволновые, электромагнитные, акустические, радиационные и оптические с использованием эффекта Доплера, интерференции, модуляции, фотоэффекта, поляризации и других физических явлений.

Датчики инерционного типа. В конструкции данных датчиков используется измерение абсолютных параметров колеблющейся точки пружинного или упругого подвеса массивного груза, находящегося в состоянии относительного покоя. Измерительным сигналом может быть вибрационное перемещение s (t), вибрационная скорость ds/dt или вибрационное ускорение d ² s/dt ². Датчик состоит из инерционного элемента массой М, подвешенного на упругом элементе с коэффициентом упругости k, и демпфера (гасителя колебаний) с коэффициентом демпфирования h. Параметры колебательной системы M, h и k определяют режим работы преобразователя: виброметра при измерении s (t), велосиметра при измерении ds/d, акселерометра при измерении d ² s/dt ². В качестве подвесов используют пружины различных конструкций, маятники, сочетания пружин и маятников, элементы с взаимодействующими магнитами. Демпфирование инерционного груза осуществляют пневматическими, гидравлическими, электромагнитными и другими методами.

В зависимости от режима работы измерительного преобразователя используют определенные рабочие участки амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик датчика.

Пьезоэлектрические измерительные преобразователи. Действие пьезоэлектрических датчиков основано на использовании прямого пьезоэффекта, т.е. свойства некоторых материалов – пьезоэлектриков (кварца, турмалина, сегнетовой соли, метаниабата свинца, цирконат-титаната свинца, титаната бария и других веществ) генерировать электрический заряд на гранях своих кристаллов под действием упругих деформаций. Конструктивно пьезоэлектрический ИП состоит из металлического корпуса, внутри которого на дне закреплен пьезоэлемент. К верхней грани пьезоэлемента прикреплен инерционный груз. От контактов на пьезоэлементе и корпусе выводят проводники для подключения к системе усиления или измерения. Из-за стремления груза сохранить состояние покоя пьезоэлемент испытывает действие инерционной силы в колебательном процессе системы. В процессе упругого сжатия или растяжения на гранях пьезокристалла возникает заряд, величина которого пропорциональна параметру колебательного процесса – ускорению. Основными техническими характеристиками пьезоэлектрических ИП являются: преобразования, мВ · с²/м; резонансная частота закрепленного датчика, кГц; относительный коэффициент поперечного преобразования, %; емкость, пФ; диапазон рабочих температур, ^ºС; динамический диапазон; предельное ускорение, м/с²; температурная погрешность, м/с²; акустическая чувствительность, м/с²; чувствительность к деформации, м/с²; чувствительность к переменному магнитному полю, м/с²; размеры, масса и тип крепления на объекте. По особенностям конструктивного исполнения существует большое количество типов пьезоэлектрических ИП. По принципу использования пьезоэлектрических ИП различают ИП с высоким коэффициентом преобразования (>10 мВ · с²/м); виброударопрочные (>10 000 м/с²); высокочастотные (>10 кГц); высокотемпературные (>80^º С); устойчивые к воздействию внешних факторов (акустических шумов, механических деформаций, электрических и магнитных полей, давлений, деформаций, радиации и других воздействий).

Индукционные измерительные преобразователи. Работа индукционных ИП основана на использовании явления электромагнитной индукции, т.е. на возникновении электродвижущей силы в электрической катушке при изменении магнитного поля. Возникающая ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока или скорости движения катушки в магнитном поле: Е = π Вndv, где В – магнитная индукция в зазоре, Т; n – число витков в катушке; d – средний диаметр катушки, м; v – скорость движения катушки в магнитном поле, м/с². В индукционных ИП используют для повышения чувствительности и уменьшения наружных размеров корпуса сердечники из магнитомягкого железа или феррита. Конструкция индукционного ИП состоит из корпуса, инерционного груза (сейсмомассы) и индукционного элемента, включающего электрическую катушку и постоянный магнит. Электрическая катушка и постоянный магнит установлены так, что при движении инерционного груза относительно корпуса датчика изменяется магнитный поток, проходящий через катушку, что приводит к появлению сигнала преобразователя. В индукционных ИП используют различные подвески инерционного груза и различные способы изменения магнитного потока, проходящего через катушку. Наибольшее распространение получили электродинамические способы, основанные на перемещении катушки в магнитном поле постоянного магнита, имеющего специальную форму.

Во многих случаях мощность сигналов индукционных ИП является достаточной для непосредственного измерения и регистрации без предварительного усиления.

Индуктивные измерительные преобразователи. Работа индуктивных ИП основана на изменении индуктивности системы измерения, находящейся в функциональной зависимости от перемещения одного из их элементов. Наиболее распространены индуктивные ИП с переменной шириной или площадью зазора в магнитопроводе, а также с подвижным цилиндрическим сердечником.

Преобразователи с переменной величиной зазора позволяют измерять перемещения от долей микрометра до нескольких миллиметров.

Индуктивные ИП с переменной площадью зазора имеют лучшие линейные характеристики и позволяют измерять перемещения до 20 мм.

Преобразователи соленоидного типа с подвижным сердечником допускают измерять перемещения до 2000 мм. Конструкции современных индуктивных ИП включают трансформаторы различных конструкций. Выходная величина сигнала индуктивных ИП бывает достаточной для его прямого измерения.

Резистивные измерительные преобразователи. Работа резистивных ИП основана на изменении сопротивления проводника в результате действия на него внешних механических сил. К резистивным ИП относят контактные, реостатные, тензорезисторные, тензолитовые и другие датчики.

В контактных резистивных ИП используется замыкание или размыкание контактов в зависимости от достижения в них той или иной величины сопротивления.

Реостатные ИП устроены на использовании движком реостата механических перемещений измеряемого объекта. Выходной величиной ИП является активное сопротивление, изменяющееся по линейному или другому закону. Для реостатных ИП применяют проволоку из константана, манганина, сплавов платины с иридием, рутением или палладием. В измерениях перемещений объекта используются мостовые схемы включения реостатных датчиков.

Работа тензорезисторных ИП основана на использовании тензоэффекта, который заключается в изменении электрического сопротивления (удельной электрической проводимости проводниковых или полупроводниковых материалов) под действием растягивающей или сжимающей силы. Тензоэффект характеризуется тензочувствительностью материала:

S_{m =} ,

где L_m, R_m – длина и сопротивление тензочувствительного элемента; ∆L_m, ∆R_m – приращение длины и сопротивления в результате приложения внешних сил. В современных измерениях используют проволочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы.

Тензочувствительность S_m некоторых материалов, применяемых в тензорезисторах, имеет следующие значения:

Манганин …………………………………………… 0,4

Элинвар …………………………………………….. 2,0

Константан …………………………………………. 2,0 – 2,3

Нихром ……………………………………………… 2,1 – 3,0

Сплав Pt (90%) с Rh (10%) ………………………… 5,5

Висмут Bi технический (поликристаллический)... +22

Германий Ge ………………………………………... +102; –57

Кремний Si (монокристаллический) ……………… +175; –133

Для виброизмерений применяют также полупроводниковые резистивные ИП, работа которых основана на использовании пьезорезистивного эффекта, т.е. зависимости электрического сопротивления полупроводника от механических напряжений. В качестве пьезорезистивных датчиков применяют резисторы и полупроводниковые приборы. Для измерения скорости и ускорения в вибрационном процессе в конструкции ИП сочетают инерционный груз и пьезоэлемент.

Работа тензолитовых резистивных ИП основана на использовании зависимости сопротивления электролитической ячейки от состава и концентрации электролита и геометрических размеров ячейки. Перемещение подвижного электрода ведет к изменению расстояния между электродами, что изменяет сопротивление при постоянной концентрации электролита.

Емкостные измерительные преобразователи. Емкостный ИП состоит из двух плоскопараллельных пластин, расположенных на расстоянии d в среде с диэлектрической проницаемостью ε и имеющих возможность изменять площадь перекрытия друг друга путем поворота или смещения и, следовательно, свою емкость. Наиболее часто одна из пластин неподвижная (статор), а другая подвижная (ротор). Входной величиной здесь является перемещение в условиях вибрационного процесса. Выходной величиной является изменение емкости. Для измерения параметров вибрации (перемещения, скорости, ускорения) используется или изменение площади перекрытия пластин, или расстояния между пластинами, или диэлектрической проницаемости диэлектрика конденсатора. Емкость плоского конденсатора без учета краевого эффекта определяется уравнением

C = ε₀ ε _r S/d,

где ε₀ = 8,8542 · 10^–12 Ф/м – электрическая постоянная (фундаментальная физическая постоянная); ε _r – диэлектрическая проницаемость среды, находящейся между пластинами конденсатора; S – площадь пластин; d – расстояние между пластинами.

В зависимости от величины инерционной массы (сейсмомассы) и резонансной частоты емкостные ИП применяют в режимах виброметра, велосиметра и акселерометра для измерений абсолютных и относительных значений параметров виброколебаний.

При изменении зазора d между пластинами на величину ∆ d емкость конденсатора определяется по уравнению:

С = .

При малых относительных изменениях зазора ∆ d/d зависимость между ∆ С/С и ∆ d/d практически линейна. При значении ∆ d/d более 0,1 нелинейность увеличивается. Для устранения нелинейности применяют дифференциальный конденсатор с тремя пластинами, в котором средняя пластина может перемещаться в поперечном направлении между наружными пластинами. Изменение емкости в этом случае определяется по уравнению

С =С ₁ –С ₂= .

Применение пластин различной формы позволяет получить различные функциональные зависимости емкости конденсатора от площади пластин. Конденсатор с круглыми поворотными пластинами может применяться для измерения углов поворота.

Измерительные микрофоны. Микрофоны представляют собой преобразователь акустических вибраций в газовой среде в электрические колебания. Измерительные микрофоны отличаются от обычных тем, что частотная характеристика их чувствительности для определенных условий является известной. Для измерения параметров вибрационных колебаний применяют микрофоны с конденсаторными и пьезоэлектрическими системами (капсюлями).

В конденсаторном микрофоне звуковое давление преобразуется в изменение емкости конденсатора, который образуют мембрана, изолированный неподвижный электрод и воздушный промежуток между ними.

Работа пьезоэлектрического измерительного микрофона основана на возникновении переменного электрического потенциала на пьезоэлектрической пластине при воздействии на нее звукового давления. Возникающее на контактах выводов напряжение поступает на вход усилителя.

Электродинамические микрофоны преобразуют звуковое давление на диафрагму микрофона в колебания звуковой катушки в радиальном поле постоянного магнита и соответственно в изменение индуцируемой в звуковой катушке ЭДС. Напряжение со звуковой катушки подается на вход усилителя непосредственно или через трансформатор. Далее усиленный электрический сигнал обрабатывается с помощью анализатора спектра.

Вибрационно-частотные преобразователи. Вибрационно-частотные ИП применяются при измерениях механических величин, параметров колебаний, механических сил, давлений, деформаций. В них механическая величина преобразуется в изменение длины чувствительного элемента, что, в свою очередь, приводит к изменению частоты собственных колебаний или параметров в частотно-зависимой цепи (колебательном контуре) в зависимости от измеряемой величины. Наиболее распространенными из применяемых частотных ИП являются струнные преобразователи, так как относительно просты в устройстве, позволяют проводить дистанционные измерения при хорошей стабильности преобразования во времени. Работа струнных преобразователей основана на зависимости частоты собственных колебаний f ₀ от изменения ее длины l или напряжения (механического) σ, вызванного натяжением струны силой F:

f₀ = = ,

где n – номер гармоники (обычно равный единице); ρ – плотность материала струны; S – сечение струны.

Струнные ИП могут быть использованы в режимах заданной длины и заданной силы. Режим заданной длины применяют для измерения перемещений, а режим заданной силы для измерения ускорений в ИП, используемого в качестве акселерометра. Изменения частоты собственных колебаний, которые поддерживаются электромагнитным, магнитоэлектрическим и электростатическим методами, измеряются датчиками переменного магнитного потока.

Вибрационно-частотные ИП в качестве чувствительного элемента включают брусок прямоугольного сечения, составляющим единое целое с конструкцией ИП. Данный брусок является механическим резонатором, в котором с помощью разнесенных по обе стороны бруска электромагнитных преобразователей поддерживаются поперечные колебания. Электромагнитные преобразователи подключены к усилителю электрических колебаний.

Гальваномагнитные измерительные преобразователи. Работа гальваномагнитных преобразователей основана на использовании гальваномагнитных эффектов, возникающих в проводниках, помещенных в магнитное поле, при прохождении через них электрического тока. В технике виброизмерений используют два гальваномагнитных эффекта: эффект Холла и эффект изменения электросопротивления проводника или полупроводника в магнитном поле. Эффект Холла заключается в возникновении ЭДС Холла на преобразователе с током, помещенном в магнитное поле. Величина ЭДС определяется выражением

U_х = ,

где R _h – постоянная Холла, м³/(А · с); d – толщина пластины, мкм; I ₁ – ток, проходящий вдоль пластины (управляющий ток), А; В – индукция магнитного поля, Т. Основными материалами, используемыми для преобразователей Холла, являются германий, кремний, антимонид индия, арсенид индия, арсенид-фосфид индия, арсенид галлия и селенид ртути. Измерительный преобразователь Холла состоит из плоской прямоугольной пластинки или пленки, с установленными на них двумя парами электродов. Одна пара электродов служит для подвода управляющего тока, а другая – для снятия выходного сигнала.

Работа полупроводниковых магниторезисторов основана на эффекте Гаусса, суть которого заключается в изменении удельного электрического сопротивления проводника или полупроводника с током при внесении их в магнитное поле. Под действием силы Лоренца искривляется траектория движения электронов, и происходит удлинение пути их движения, которое ведет к увеличению удельного электросопротивления. Относительное изменение удельного электросопротивления магниторезисторов определяется формулой ∆ρ/ρ₀ = А μ ⁿBⁿ, где ∆ρ – изменение удельного электрического сопротивления при индукции В; ρ₀ – удельное электрическое сопротивление при индукции В = 0; А – коэффициент формы; μ – подвижность электронов, определяемая как отношение скорости электронов к напряженности электрического поля; n = 1 – 2 – показатель степени, зависящий от магнитной индукции.

Преобразователи перемещений, действие которых основано на использовании гальваномагнитных явлений, характеризуются высокой чувствительностью и разрешающей способностью, надежностью в работе, простотой конструкции и эксплуатации, относительно малыми размерами, небольшой потребляемой мощностью и большим сроком службы.

При измерения параметров вибрационных колебаний ИП Холла и магниторезисторы помещают в воздушный зазор магнитопроводов преобразователей перемещений. Их магнитный поток зависит от перемещения или изменения положения исследуемого объекта в этом зазоре.

Вихретоковые измерительные преобразователи. Метод измерения параметров вибрационных колебаний основан на регистрации изменений электромагнитного поля в зависимости от величины контролируемого зазора между возбуждающей вихревые токи электрической катушкой и электропроводящей поверхностью исследуемого объекта. Интенсивность и характер распределения вихревых токов, возбуждаемых на поверхности объекта, зависят также от толщины токопроводящего слоя, магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости материала. Глубина проникновения электромагнитных полей и вихревых токов в металл зависит от их частоты. При частоте тока питания более 300 кГц глубина проникновения вихревых токов в металл не превышает 1 мм.

Данный метод позволяет регистрировать вибрационные и статические перемещения исследуемого объекта путем измерения постоянной и переменной составляющих выходного сигнала измерительного преобразователя. При измерении параметров вибрационных колебаний снимается виброграмма, по которой определяются постоянная и переменная составляющие выходного сигнала. Постоянная составляющая имеет наибольшее значение при удалении датчика от исследуемого объекта, а переменная низкочастотная составляющая характеризует параметры колебательного процесса. Ее частота соответствует частоте виброколебаний, а амплитуда пропорциональна вибросмещениям.

Магнитоупругие измерительные преобразователи. Принцип работы данных ИП основан на изменении магнитной проницаемости ферромагнитных тел в зависимости от возникающих в них механических напряжений, обусловленных действием внешних механических сил. Магнитоупругие материалы характеризуются относительной магнитоупругой чувствительностью:

S_м = ,

где ∆μ / μ – относительное приращение магнитной проницаемости; σ – механическое напряжение в ферромагнитном теле, вызвавшее данное приращение магнитной проницаемости. Магнитоупругий ИП включает в конструкцию магнитопровод из магнитоупругого материала. Магнитопровод одним торцом консольно закреплен к основанию преобразователя. К другому торцу прикрепляется инерционная масса. В процессе измерения параметров вибраций ускорение, действуя на инерционную массу, вызывает изгиб магнитопровода и соответственно магнитную проницаемость. Следствием этого является изменение ЭДС в измерительных обмотках, закрепленных на магнитопроводе, и изменение измерительного выходного сигнала.

Измерительные преобразователи резонансного рассеяния гамма-квантов. Данный метод основан на резонансном поглощении гамма-квантов без отдачи энергии при излучении и поглощении, т.е. на эффекте Мессбауэра.

Существо данного эффекта, как отмечалось выше (раздел 5.8), состоит в следующем. Атомы, недолго находящиеся в возбужденном состоянии, переходят в основное состояние с излучением квантов определенной энергии. Эти кванты, проходя через вещество-поглотитель, содержащее те же атомы, что и излучатель, поглощаются ими, в результате чего они переходят в возбужденное состояние. Переходя в основное состояние, эти атомы излучают такие же кванты энергии.

Резонансное поглощение веществом гамма-квантов возможно при условии равенства энергии возбуждения, передаваемой ядру, и резонансной энергии. Различие в энергиях не может превосходить величину разброса, называемую шириной возбужденного уровня. Эффект гамма - резонанса возникает в двух одинаковых кристаллах, расположенных недалеко друг от друга. Один кристалл вещества представляет собой источник излучения гамма-квантов, а другой является поглотителем. При резонансе энергия квантов, испускаемая источником излучения, почти полностью поглощается веществом поглотителя. Через поглотитель проходит незначительная часть излученных гамма-квантов. В условиях, отличающихся от необходимых для резонансного рассеяния гамма-квантов (поглощения при попадании в резонанс с ядром), число гамма-квантов, проходящих через поглотитель, резко увеличивается. Как отмечалось выше, на резонансное рассеяние гамма-квантов значительное влияние оказывает эффект Доплера. Объясняется это тем, что при движении источника излучения изменяется частота излучения и, следовательно, энергия излучения гамма-квантов. Величина изменения ∆Е энергии гамма-кванта равна

∆Е = Е _γ cos φ,

где v – скорость источника излучения; с – скорость света; Е _γ – энергия гамма-квантов, излучаемая источником; φ – угол между направлениями импульсов кванта и атома. Эффект резонансного рассеяния гамма-квантов имеет высокую чувствительность к изменению условий резонанса. При изменении скорости источника излучения v на несколько миллиметров в секунду от необходимой величины резонансное рассеяние гамма-квантов практически прекращается. Это свойство эффекта резонансного рассеяния гамма-квантов излучения используется при измерении параметров вибрационных колебаний.

Измерительный преобразователь на основе эффекта Мессбауэра состоит из источника излучения, поглотителя и детектора. В качестве источника излучения применяют активный изотоп олова Sn – 119 в соединении SnO ₂. Поглотителем для этого изотопа является неактивная двуокись олова. В качестве детектора гамма-квантов используются фотоумножители с кристаллом йодистого натрия или таллия.

Электрохимические измерительные преобразователи. Работа электрохимических ИП основана на изменении ЭДС электролитической ячейки, ее сопротивления, емкости и индуктивности в результате действия на них параметров вибрационных колебаний. Такого рода ИП образуют класс электрохимических преобразователей, подразделяющихся на гальванические, полярографические, химотронные и электрокинетические. При измерении параметров колебаний наибольшее распространение имеют химотронные и электрокинетические ИП.

Химотронные преобразователи конструктивно представляют собой электролитическую ячейку, заполненную раствором, содержащем окисленные и восстановленные ионы. Раствор состоит из йодистого калия с примесью трехвалентных ионов йода. Электроды ячейки изготовляют из платины или золота. Раствор заключен между боковыми мембранами на корпусе преобразователя, который воспринимает вибрационные усилия. При неподвижном электролите и включенном источнике питания через цепь преобразователя, включающем кольцевой катод и два сетчатых анода, течет слабый ток в результате диффузии ионов йода от анода к катоду. Возникновение вибрационных колебаний приводит к вибрированию мембран и усилению перемешивания электролита, что вызывает увеличение поступления трехвалентных ионов йода к катоду, их разряду и увеличению тока, протекающего через преобразователь. Форма катода (кольцо) и анодов (сетка) способствует циркуляции раствора от катода к аноду и наоборот. На катоде трехвалентные ионы йода восстанавливаются до двухвалентных, а на аноде окисляются до трехвалентных.

Частотный диапазон преобразования вибрационных колебаний химотронными ИП составляет 1... 400 Гц.

Работа электрокинетических ИП основана на использовании разности потенциалов, которая возникает при вынужденном протекании полярной жидкости через пористую перегородку. В конструкции преобразователя предусмотрены так же, как и в химотронных ИП, две мембраны, расположенные друг против друга. Одна из мембран связана с источником возбуждения вибрационных колебаний. Вибрирование мембраны приводит к колебаниям в движении просачивающейся полярной жидкости через перегородку. В результате возникновения такого характера движения полярной жидкости между электродами возникает переменная разность потенциалов, пропорциональная перепадам давления на перегородке.

Частотный диапазон преобразования вибраций электрокинетическими ИП составляет 1... 6500 Гц.

Контрольные вопросы

1. Краткая характеристика физических эффектов измерительных, применяемых при измерении.

2. Физические эффекты. преобразующие механическую энергию в упругую деформацию и другие механические движения.

3. Что представляет собой магнитоупругий эффект?

4. Что представляет собой пьезомагнитный эффект?

5. Что представляет собой радиометрический эффект?

6. Что представляет собой тензорезистивный эффект?

7. Что представляет собой фотоупругий эффект?

8. Что представляет собой эффект электромагнитной индукции для постоянного поля?

9. Раскрыть содержание эффекта Видемана.

10. Раскрыть содержание эффекта гидростатического давления.

11. Раскрыть содержание эффекта изгибных волн.

12. Раскрыть содержание эффекта изгибных волн.

13. Раскрыть содержание эффекта магнитострикции.

14. В чем заключается эффект теплового расширения твердых тел?

15. Физическая сущность спектрального анализа.

16. Физическая сущность интерферометрии.

17. Интерферометр Майкельсона.

18. Что представляет собой спектральный терм?

19. Тонкая структура расщепления энергетических уровней и спектральных линий.

20. Что представляет собой цезиевый атомно-лучевой эталон времени?

21. Принцип действия водородного генератора.

22. Эталон температуры.

23. Что представляют собой опорные точки температурных шкал?

24. Термопреобразователи в измерениях.

25. Применение терморезисторов для измерения температуры.

26. Эффект Зеебека.

27. Эффект Томсона и Пельтье.

28. Рассказать об эталоне единицы силы тока – Ампере.

29. Стационарный эффект Джозефсона.

30. Нестационарный эффект Джозефсона.

31. Сверхпроводимость – макроскопическое квантовое явление.

32. Сущность туннельного эффекта.

33. Обычный эффект Холла.

34. Квантовый эффект Холла.

35. Метрологические возможности эффекта Мессбауэра.

36. Эффект Аронова – Бома и его сущность.

37. Виды хроматографии.

38. Виброакустические инерционные преобразователи.

39. Виброакустические пьезэлектрические преобразователи.

40. Резистивные измерительные преобразователи.

41. Эффект резонансного рассеяния гамма-квантов.

42. Электрохимические измерительные преобразователи.

 

Список литературы

 

1. Абрамов А.И. Измерение «неизмеримого»/ А.И. Абрамов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 208 с.

2. Барашенков В.С. Существуют ли границы науки: количественная и качественная неисчерпаемость материального мира / В.С. Барашенков. – М.: Мысль, 1982. – 208 с.

3. Беклемишев А.В. Меры и единицы физических величин / А.В. Беклемишев. – М.: Физматгиз 1963. – 296 с.

4. Бурдун Г.Д. Основы метрологии / Г.Д. Бурдун, Б.Н. Марков. – М.: Изд-во стандартов, 1972. – 318 с.

5. Власов А.Д. Единицы физических величин в науке и технике: справочник / А.Д. Власов Б.П. Мурин. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 176 с.

6. Гутнер Л.М. Философские аспекты измерения в современной физике / Л.М. Гутнер. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1978. – 134 с.

7. Камке Д. Физические основы единиц измерения / Д. Камке, К. Кремер; пер. с нем. под ред. А.Н. Матвеева. – М.: Мир, 1980.– 208 с.

8. Карнап Р. Философские основания физики. Введение в философию науки / Р. Карнап. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 360 с.

9. Квантовая метрология и фундаментальные константы: сб. статей /пер. с англ. под ред. Р.Н. Фаустова, В.П. Шелеста. – М.: Мир, 1981. – 368 с.

10. Квантовый эффект Холла: пер. с англ; под ред. Р. Пренджа, С. Гирвина. – М.: Мир, 1989. – 408 с.

11. Клаасен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы измерительной техники /К.Б. Клаасен. – М., 2000. – 352 с.

12. Крейчи В. Мир глазами современной физики: пер. с чеш. /В. Крейчи; под ред. и с предисл. Ю.Г. Рудого. – М.: Мир, 1984. – 311 с.

13. Кузнецов Б.Г. Относительность. Эволюция принципа относительности от древности до наших дней / Б.Г. Кузнецов. – М.: Знание, 1969. – 158 с.

14. Кунце Х.-И. Методы физических измерений / Х.-И. Кунце. пер. с нем. – М.: Мир, 1989. – 216 с.

15. Кутателадзе С.С. Анализ подобия и физические модели / С.С. Кутателадзе. – Новосибирск: Наука, 1986. – 296 с.

16. Лобановский М.Г. Основания физики природы: монография /М.Г. Лобановский. – М.: Высш. шк., 1990. – 262 с.

17. Лошак Ж. Новая теория эффекта Ааронова–Бома для случая, когда источник потенциала находится вне электронных траекторий / Ж. Лошак // ЖПФ. – 2003. – № 2.– С.5 – 11.

18. Пахомов Б.Я. Становление современной физической картины мира /Б.Я.Пахомов.– М.: Мысль, 1985. – 270 с.

19. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: справочник: в 2 кн. / под ред. В. В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1978. – Кн. 1. – 448 с.

20. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: справочник: в 2 кн. /под ред. В. В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1978. – Кн. 2. – 439 с.

21. Раннев Г.Г. Методы и средства измерений: учебник для вузов /Г.Г. Раннев, А.П. Тарасенко. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 336 с.

22. Самарский А.А. О математическом моделировании и вычислительном эксперименте в физике / А.А. Самарский// Вестн. АН СССР, 1979. – № 5. – С. 38 – 49.

23. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике /Л.И. Седов. – М.: Наука, 1987. – 432 с.

24. Седов Л.И. Механика сплошной среды: в 2 т./ Л.И. Седов. – СПб.: Лань, 2004. – Т. 1. – 528 с.

25. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности: учебно-справочное руководство / Л.А. Сена. – М.: Наука, 1988. – 432 с.

26. Смородинский Я.А. Температура / Я.А. Смородинский. – М.: Наука, 1981. – 160 с.

27. Тирский Л.A. Анализ размерностей / Л.A.Тирский // Соросовский образовательный журнал. – 2000. – Т. 6, № 5. – С. 76 – 82.

28. Томилин К. А. Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах/К. А.Томилин. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 368 с.

29. Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов/Т.И. Трофимова. – 7-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2003. – 541 с.

30. Фистуль В.И. Законы атомной и квантовой физики / В.И. Фистуль. – М. ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 176 с.

31. Физические эффекты в машиностроении: Справочник /[В.А. Лукьянец, З.И. Алмазова, Н.П. Бурмистрова и др.]. – Под общ. ред. В.А. Лукьянца. – М.: Машиностроение. – 1993. – 224 ч.

32. Харт, Х. Введение в измерительную технику: пер. с нем /Х. Харт. – М.: Мир, 1999. – 391 с.

33. Чертов А.Г. Единицы физических величин: учеб. пособие для вузов / А.Г. Чертов. – М.: Высш. шк., 1977. – 287 с.

 

 

Оглавление

Предисловие....................................................... 3

Глава 1. Элементы методов теории подобия и размерностей............ 4

1.1. О методах теории подобия и системах единиц физических величин..... 4

1.2. Определение размерностей........................................ 8

1.3. Размерности производных физических величин...................... 9

1.4. Размерные и безразмерные