- •Введение
- •Истинное и действительное значение физической величины
- •Меры. Измерительный преобразователь, прибор, установка и система
- •Погрешности измерений и измерительных средств.
- •2.1. Упругие элементы измерительных преобразователей Разновидности упругих элементов
- •2.2. Резистивные преобразователи
- •Резистивные делители тока и напряжения
- •Контактные преобразователи и преобразователи контактного сопротивления
- •Реостатные преобразователи
- •Тензорезисторы
- •Пьезоэлектрические преобразователи силы, давления и ускорения
- •Пьезорезонансные преобразователи
- •Термочувствительные пьезорезонансные датчики
- •Коэффициенты термочувствительности
- •Измерительные преобразователи, основанные на использовании поверхностных акустических волн
- •Электростатические преобразователи в вольтметрах и датчиках уравновешивания
- •Емкостные преобразователи
- •2.5. Электромагнитные преобразователи
- •Измерительные трансформаторы и индуктивные делители напряжения
- •Магнитоэлектрические и магнитогидродинамические преобразователи датчиков уравновешивания
- •Электромагнитные преобразователи измерительных механизмов электромеханических приборов
- •Индуктивные преобразователи
- •Магнитоупругие преобразователи
- •Магнитомодуляционные преобразователи
- •Преобразователи на основе эффекта Баркгаузена
- •2.6. Гальваномагнитные преобразователи
- •Преобразователи на эффекте Холла.
- •Магниторезистивные преобразователи.
- •Гальваномагниторекомбинационные преобразователи
- •Магниторезистивные преобразователи
- •Гальваномагниторекомбинационные преобразователи
- •2.7. Электрохимические преобразователи
- •Электрохимические резистивные преобразователи
- •Гальванические преобразователи
- •Кулонометрические преобразователи
- •Полярографические преобразователи
- •Ионисторы
- •Электрокинетические преобразователи
- •2.8. Тепловые преобразователи
- •Термоэлектрические преобразователи, их принцип действия и применяемые материалы
- •Удлинительные термоэлектроды, измерительные цепи
- •Терморезисторы, основы их расчета и применяемые материалы
- •Измерительные цепи терморезисторов
- •Разновидности термочувствительных элементов
- •Промышленные термопары и термометры сопротивления
- •2.9. Оптоэлектрические преобразователи
- •Основные свойства оптического излучения и область применения
- •Оптоэлектрических преобразователей. Источники излучения и приемники.
- •Основные структурные схемы оптоэлектрических преобразователей
- •Основные законы теплового излучения
- •Источники излучения
- •Приемники излучения
- •Основные структурные схемы оптоэлектрических преобразователей
- •Измерения физических величин Методы квантовой метрологии
- •Измерение токов методом ядерного магнитного резонанса
- •Электрофизические методы
- •Калориметрический метод измерений мощности и энергии
- •Измерения параметров магнитных полей
- •Методы измерений механических напряжений, сил, моментов и давления, движения жидких и газообразных веществ, температуры, концентрации вещества
Калориметрический метод измерений мощности и энергии
Калориметрический метод широко применяется для измерения мощности на высоких и сверхвысоких частотах, например для измерения потерь в ферромагнитных материалах, а также для определения энергетических параметров лазерного излучения. Метод основан на преобразовании электромагнитной энергии в тепловую и определении изменений какого-либо параметра нагреваемого тела (температура, удлинение, электрическое сопротивление, количество вещества, изменившего агрегатное состояние, и др.). Калориметрический метод – это единственный метод, при котором измеряемая мощность (энергия) поглощения непосредственно преобразуется в выходной сигнал или сравнивается с известной мощностью постоянного тока.
В зависимости от вида калориметрической среды (теплоносителя) калориметры разделяются на жидкостные, газовые и твердотельные. В качестве жидких теплоносителей применяются минеральное масло, дистиллированная вода, нитробензол, кремнийорганические жидкости и др.
Калориметрический метод можно использовать для измерения энергии, пропорциональной количеству теплоты, выделившейся за определенный интервал времени (калориметрические интеграторы), а также для измерения мощности.
Калориметрические ваттметры обычно работают в диатермическом режиме, при котором мощность определяется по изменению температуры калориметрической среды (рис. 2-63). МощностьPx, потребляемая нагрузкой Rx, определяется по разности температур жидкости (теплоносителя) 1 на выходе и входе калориметра, которая измеряется с помощью термобатареи 2 и милливольтметра при
Рис. 2-63 постоянном расходе жидкости:
Рx= СG(Θ2–Θ1),
где С – удельная объемная теплоемкость жидкости, Дж/(м3· К); G – объемный расход жидкости, м3/с; Θ2 и Θ1 – температура жидкости на входе и выходе калориметра.
Калориметрический ваттметр обычно градуируют путем пропускания известного постоянного тока I0 через резистор с известным сопротивлением RN, помещенный в калориметр.
Калориметрическому методу присущи погрешности от изменения температуры окружающей среды (или температуры теплоносителя на входе калориметра), а также от нестабильности тепловых свойств и скорости теплоносителя. Защита от утечки теплоты осуществляется путем термостатирования или автоматического поддержания температуры стенок калориметра, равной температуре калориметрической среды. Для повышения точности калориметрических ваттметров применяются также тестовые методы, при которых в качестве тестов используются искусственно создаваемые тепловые потери и известная мощность постоянного тока или тока низкой частоты. Нижний предел измерений калориметрических ваттметров обычно составляет 1 мВт. В диапазоне частот 50 – 1 МГц погрешность измерения лежит в пределах 0,1 – 2%. Дифференциальный метод, при котором используются два идентичных калориметра, в одном из которых выделяется измеряемая мощность, а в другом помещена эквивалентная нагрузка, питаемая известным постоянным током, позволяет измерять высокочастотную мощность с абсолютной погрешностью 1 мкВт.
Для измерения мощности и энергии лазерного излучения в широком диапазоне их изменения применяются калориметрические приборы с твердотельными тепловыми преобразователями, которые выполняются в виде пластин или чаще полостей – полого конуса, сферы с отверстием и др. Для измерения тепловой мощности (энергии), поглощаемой калориметрическим преобразователем, используются термоэлектрический, терморезистивный или пироэлектрический эффекты. Последний заключается в электризации полярных диэлектриков при изменении температуры. Преимуществами пирометрических калориметров перед термоэлектрическими или терморезистивными (болометрическими) являются более высокая чувствительность и быстродействие.