Miernictwo wielkości nieelektrycznych

Opis

Miernictwo wielkości nieelektrycznych

autor: Andrzej Łoziński

Wydawnictwo Uniwersytet Morski w Gdyni

„Miernictwo wielkości nieelektrycznych” autorstwa Andrzeja Łozińskiego jest to podręcznik akademicki, obejmujący zakres przedmiotu o tej samej nazwie na kierunku Elektronika i telekomunikacja na Uniwersytecie Morskim w Gdyni. Składa się on z dwóch części. Część pierwsza stanowi teoretyczne wprowadzenie, dotyczące ćwiczeń laboratoryjnych z miernictwa wielkości nieelektrycznych, natomiast część druga zawiera instrukcje na temat sposobu przeprowadzania ćwiczeń laboratoryjnych. Informacje teoretyczne obejmują m.in. układ pomiarowy, klasyfikację i ogólne zasady działania czujników, omówienie różnych rodzajów tensometrów.Przedstawiono także dane dotyczące pomiarów temperatury i związanych z tym termoelementów, termometrów rezystancyjnych i termistorów. Omówiono pomiary promieniowania temperaturowego. Podkreślono znaczenie w miernictwie wielkości nieelektrycznych detektorów piezoelektrycznych oraz akcelerometrów, omawiając typy różnych akcelerometrów i ich działanie. Instrukcje laboratoryjne dotyczą m.in. pomiarów tensometrycznych, skalowania termoelementu i pomiarów kąta za pomocą akcelerometru.

Spis treści:

WSTĘP.. 7

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

1. INFORMACJE OGÓLNE….. 11

1.1. Układ pomiarowy …. 11

1.2. Klasyfikacja czujników …… 12

1.3. Ogólne zasady działania czujników ….. 13

1.4. Czułość…. 13

1.5. Błąd pomiaru, niepewność pomiaru … 13

1.6. Szumy .. 14

1.6.1. Szumy cieplne (Johnsona-Nyquista) …. 14

1.6.2. Szumy śrutowe … 14

1.6.3. Szumy 1/f …. 15

1.7. Detekcyjność (wykrywalność) … 15

1.8. Parametry dynamiczne czujników……. 15

2. CZUJNIKI NAPRĘŻNO-REZYSTANCYJNE (TENSOMETRY).. 17

2.1. Tensometry metalowe …. 17

2.2. Budowa tensometrów metalowych … 19

2.3. Tensometry półprzewodnikowe …. 22

2.4. Tensometry cienkowarstwowe … 23

2.5. Półprzewodnikowe tensometry złączowe … 23

2.6. Pomiary tensometryczne z użyciem mostka Wheatstone’a … 24

3. POMIARY TEMPERATURY… 26

3.1. Temperatura …. 26

3.2. Ogniwo termoelektryczne (termoelement)…. 26

3.2.1. Prawo trzeciego metalu …. 28

3.2.2. Termoelement .. 29

3.2.3. Czujnik termoelektryczny ….. 30

3.2.4. Przewody kompensacyjne …. 31

3.2.5. Temperatura odniesienia … 31

3.2.6. Stabilizacja temperatury odniesienia … 31

3.2.7. Układy korekcyjne …. 32

4 A. Łoziński, Miernictwo wielkości nieelektrycznych

3.3. Termometry rezystancyjne metalowe … 32

3.3.1. Rezystory termometryczne … 33

3.3.2. Cechy metali stosowanych do wyrobu rezystorów

termometrycznych … 33

3.3.3. Charakterystyka metali używanych do wykonania rezystorów

termometrycznych ….. 34

3.4. Termistory ….. 34

3.4.1. Charakterystyka termometryczna termistora NTC .. 35

3.4.2. Temperaturowy współczynnik rezystancji termistora TWR … 35

3.4.3. Charakterystyka napięciowo-prądowa … 36

3.4.4. Stała odprowadzania ciepła A … 36

3.4.5. Termometr termistorowy w układzie mostka zrównoważonego ….. 37

4. POMIARY PROMIENIOWANIA TEMPERATUROWEGO… 38

4.1. Ciało czarne …… 38

4.2. Współczynnik emisyjności, ciało szare …. 39

4.3. Wybrane definicje parametrów promieniowania według

PN-90/E-01005/Ap1:2004 Technika świetlna. Terminologia …. 39

4.4. Prawa rządzące promieniowaniem temperaturowym … 40

4.4.1. Prawo Plancka ….. 40

4.4.2. Prawo Stefana-Boltzmanna …. 41

4.4.3. Prawo przesunięć Wiena ….. 41

4.5. Klasyfikacja detektorów podczerwieni … 42

4.6. Detektory termiczne …. 42

4.6.1. Detektor piroelektryczny ….. 42

5. DETEKTORY PIEZOELEKTRYCZNE …. 47

5.1. Czujnik z akustyczną falą powierzchniową SAW .. 48

6. AKCELEROMETRY …. 49

6.1. Wprowadzenie …. 49

6.2. Model mechaniczny akcelerometru ….. 49

6.3 Akcelerometry z kompensacją siły ….. 50

6.4. Czułość poprzeczna …. 51

6.5 Akcelerometry piezoelektryczne … 51

6.5.1. Model elektryczny czujnika piezoelektrycznego … 52

6.5.2. Czujniki z wyjściem ładunkowym o dużej impedancji wyjściowej 53

6.5.3. Czujniki z wyjściem napięciowym o małej impedancji wyjściowej 54

6.5.4. Konstrukcja mechaniczna akcelerometrów piezoelektrycznych .. 55

6.6. Akcelerometry pojemnościowe ….. 57

6.7. Akcelerometry piezorezystancyjne …. 59

6.8. Akcelerometry termiczne ….. 60

Spis treści 5

6.9. Akcelerometry dwu- i trójosiowe … 62

6.10. Montaż akcelerometrów … 62

6.11. Wzorcowanie czujników przyspieszenia ….. 63

6.12. Wybrane dziedziny zastosowań czujników drgań …. 64

6.12.1. Diagnostyka wibroakustyczna maszyn ….. 64

6.12.2. Analiza modalna konstrukcji …. 65

6.12.3. Motoryzacja .. 66

6.12.4. Akcelerometr w smartfonie ….. 67

6.13. Pomiary odchylenia od pionu z użyciem akcelerometrów MEMS

(Micro-Electro-Mechanical Systems) …… 67

LITERATURA … 69

INSTRUKCJE LABORATORYJNE

1. Pomiary tensometryczne … 73

2. Skalowanie termoelementu …. 77

3. Termistor …… 79

4. Detektor piroelektryczny ….. 84

5. Detektor piezoelektryczny i obserwacja efektu piezoelektrycznego . 88

6. Pomiar kąta za pomocą akcelerometru ….. 90

LITERATURA …. 96