Седалищев В.Н. Методы и средства измерений неэлектрических величин

Подождите немного. Документ загружается.

светящимся циферблатом. Они дают годовую дозу, в 4 раза превышающую,

ту что обусловлена утечками на АЭС.

Источниками рентгеновского излучения являются и цветные телевизоры.

Если смотреть передачи в течении года ежедневно по 3 часа - это приведет к

дополнительному облучению дозой 0,001 мЗв (0,1 мбэр).

А если вы летите самолетом, то здесь получите дополнительное облучение

из-за

того, что с увеличением высоты уменьшается защитная толщина

воздуха. Человек становится более открытым для космических лучей. Так

при перелете на расстояние 2400 км. - 10 мкЗв (0,01 мЗв или 1 мбэр), при

перелете из Москвы в Хабаровск эта цифра уже составит 40 - 50 мкЗв (4 - 5

мбэр).

Вы едите, пьете, дышите - все это также сказывается на дозах, которые вы

получаете от естественных источников. Например, из-за попадания внутрь

организма элемента калий - 40 значительно повышается радиоактивность

человеческого тела.

Пищевые продукты также дают дополнительную радиационную

нагрузку. Хлебобулочные изделия, например имеют несколько большую

радиоактивность, чем молоко, сметана, масло, кефир, овощи и фрукты. Так

что на поступление радиоактивных элементов внутрь человека имеет прямое

отношение

набор тех продуктов, которыми он питается.

Надо понять, что радиация везде и всюду окружает нас, мы зародились,

живем в этой среде, и ничего здесь противоестественного нет. Радиофобия -

это болезнь нашего невежества. Исцеляется она только знаниями.

ДЕТЕКТОРЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Для изучения различных свойств радиоактивных излучений (α- и β-

частиц, γ

-квантов) , а также для исследования частиц в современной ядерной

физике применяются различные методы., в основе которых лежат

ионизирующее и фотохимическое действия излучаемых частиц. Устройства

для регистрации элементарных частиц, ядер атомов, а также рентгеновских и

гамма-излучений называются детекторами.

Выделяют три группы детекторов: трековые (следовые), счетчики и

интегральные приборы.

ТРЕКОВЫЕ

ДЕТЕКТОРЫ

Трековые или следовые детекторы позволяют наблюдать визуально следы

(треки) проходящих частиц. К ним относится: камера Вильсона, пузырьковая

камера, ядерные фотоэмульсии, искровые камеры.

Общий принцип регистрации основан на том, что ускоренные заряженные

частицы, попадая в рабочее вещество, ионизируют его по ходу движения. В

результате ионизации вещества возникают вторичные эффекты

, которые

можно наблюдать и по ним оценивать наличие частиц, их энергию, среднюю

длину пробега и т.д.

1.Камера Вильсона.(1912)

В качестве рабочего вещества используется (пересыщенный)

переохлажденный пар. В состав пара входит вода, этиловый спирт, гелий и

аргон. Камера представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд,

покрытый сверху стеклом (1). Над этим стеклом располагается

глаз или

фотокамера (2). Снизу сосуда расположен подвижный поршень, над

поршнем располагается сетка, покрытая слоем черного влажного бархата или

сукна.

При быстром опускании поршня происходит адиабатическое расширение

газа, что сопровождается понижением его температуры. За счет охлаждения

пар становится переохлажденным.

За счет охлаждения пар становится переохлажденным.

α или β-частицы

поршень

схема камеры Вильсона

Заряженные частицы, пролетая в газе, создают на своем пути цепочку

ионов. На этих ионах как на центрах конденсации образуются капельки

жидкости. Таким образом, при движении в камере частица оставляет за собой

след (трек), который хорошо виден и может быть сфотографирован. По

сетка

геометрии полученных треков можно определить количество частиц и

направления их движения. Если весь трек умещается в камере, то можно

установить энергию частицы, средний линейный пробег, линейную

плотность ионизации (количество капель на единицу длины трека). При

помещении камеры в постоянное магнитное поле можно по радиусу

кривизны траектории определить удельный заряд, скорость и

энергию

частиц.

2. Пузырьковая камера.

В качестве рабочего вещества используют перегретую жидкость,

закипающую при резком уменьшении ее давления. В качестве рабочих

жидкостей применяют жидкий водород, пропан C3H8, ксенон и другие легко

кипящие жидкости. При движении заряженных частиц образуются ионы,

являющиеся центрами интенсивного парообразования, приводящие к

появлению цепочки пузырьков (Глезер,1952 г.).

В пузырьковой камере

можно регистрировать частицы очень больших энергий, т.к. частицы

тормозятся в ней на отрезках в тысячу раз меньших, чем в камере Вильсона. (

Плотность перегретой жидкости в тысячу больше плотности

переохлажденного пара).

3. Толстослойные (ядерные) фотоэмульсии.

Этот метод основан на фотохимическом действии ионизирующего

излучения. Под действием проходящих через фотоэмульсию

быстрых

заряженных частиц нарушается структура кристаллической решетки зерен

бромистого серебра, делающих их неспособных к проявлению, поэтому

после проявления получают цепочку черных точек, которые видны под

микроскопом. Ядерные эмульсии применяются в виде слоев толщиной от 0,5

до 1 мм. Это позволяет исследовать траектории частиц высоких энергий.

Например, частица с энергией порядка 10 МэВ образует

след длиной 0,1 мм и

не выходит за пределы слоя.

Для изучения треков частиц с еще большей энергией и имеющих средний

линейный пробег больше толщины одной пластины используют стопу из

большого числа пластин. Стопу пластин располагают наклонно к следу. В

этом случае последовательные участки следов траектории частицы можно

изучать по почернению эмульсии

в пластинках стопы, следующих друг за

другом.

СЧЕТЧИКИ И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

1. Счетчик Гейгера-Мюллера..

Это устройство позволяет считать число частиц, попадающих в

устройство.

Принцип его действия основан на ионизации газа под действием

различных видов ионизирующего излучения.

Счетчик представляет собой геометрически запаянную стеклянную

трубку, к внутренним стенкам которой прилегает катод – тонкий

металлический цилиндр; анодом служит тонкая проволока, натянутая по

центрально оси счетчика. Рабочее напряжение составляет сотни вольт.

ФФ

схема счетчика Гейгера-Мюллера.

Счетчик включается в регистрационную схему. На корпус подается

отрицательный потенциал, на нить - положительный. Последовательно

счетчику включается резистор с сопротивлением несколько мегом. С

резистора через разделительный конденсатор с емкостью несколько тысяч

микрофарад сигнал подается на вход пересчетной схемы.. Внутри трубки

находится смесь

газов под атмосферным или пониженным давлением .. Газ

является хорошим диэлектриком и при отсутствие ионизирующих частиц,

тока во внешней цепи нет.

Если в счетчик попала хотя бы одна ионизирующая частица, то она

создает одну паров ионов ( один положительный ион и один электрон)

Положительный ион и электрон движутся в поле с одинаковой

напряженностью, но длина свободного пробега электрона много больше

длины свободного пробега положительного иона, поэтому электрон является

более эффективным ионизатором. Под действием электрического поля

кинетическая энергия электронов возрастает и становится больше энергии

ионизации атомов газовой смеси, поэтому при взаимодействии

образовавшегося электрона с атомами образуются новые ионы и электроны.

Происходит ударная ионизация

газа. При ударной ионизации и высокой

напряженности электрического поля в газе создается ионная лавина.

Вторичные электроны, возникающие за счет ударной ионизации, также

разгоняются полем и в свою очередь ионизируют встречные атомы и

молекулы. В результате такой цепной реакции даже небольшое число

электронов, возникающее в результате внешней ионизации, резко

увеличивает электропроводность

газа, вследствие чего по резистору течет

ток и на его концах возникает импульс напряжения, который через

конденсатор поступает на вход пересчетного устройства.

Высокий потенциал, который первоначально находился на аноде,

переключается на резистор, напряженность электрического поля внутри

Анод

Пересчетная схема

счетчика убывает, вследствие чего уменьшается кинетическая энергия

электронов, что приводит прекращению режима газового усиления.

Для усиления гашения самостоятельного разряда используют внутреннее

гашение, для этого в смесь газа добавляют пары многоатомного газа,

например пары этилового спирта или используют специальные радиосхемы.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СЧЕТЧИКА.

Время образования и гашения

импульса в счетчике, в течение которого

она не регистрирует вновь попадающие в нее частицы, называют мертвым

временем счетчика. При внешнем гашении оно порядка 10-2 с, для

самогасящихся трубок 10-3-10-4с

Минимальное время, которое должно разделять следующие друг за

другом частицы, чтобы они были сосчитаны как две, называют разрешающее

время.

Число импульсов,

которое может зарегистрировать счетчик в единицу

времени, называют максимальной скоростью или разрешающей

способностью счетчика.

Оно составляет 100имп./с при внешнем гашении и 103-104 имп./с для

самогасящихся трубок.

2. Сцинтилляционный счетчик.

При попадании α-частиц на флуоресцирующие вещества они вызывают

слабые световые вспышки – так называемые сцинцилляции. Было

установлено, что каждая попавшая

на такое вещество α-частица вызывает

одну вспышку и это может быть использовано для счета α-частиц. Однако

непосредственный подсчет глазом числа вспышек утомителен и труден.

В конце сороковых годов были построены сцинтилляционные счетчики

частиц. Такой счетчик состоит из флуоресцирующего вещества. В качестве

люминофоров используются кристаллы: йодистый натрий или калий

нафталин, антрацен и другие. Применяются также жидкие люминофоры,

например, раствор трифенила в ксилоле. Частицы, обладающие достаточно

большой энергией попадая в вещество, вызывают сцинтцилляционные

вспышки. Каждая вспышка действует на фотокатод электронного

умножителя и выбивает из него электроны. Электроны, проходя через n

каскадов умножителя, дают на выходе импульс тока, который затем

подается на вход усилителя. Усиленный электрический импульс подается на

регистрирующее устройство (осциллограф или электромеханический счетчик

импульсов). С помощью осциллографа можно определить интенсивность

отдельных импульсов. Эта интенсивность пропорциональна энергии

отдельной сосчитанной частицы. Таким образом, определяют не только

число частиц, но и распределение их по энергиям.

Светопровод

электронный

пучок частиц умножитель

Для того чтобы большая часть света, возникающая в результате вспышки,

доходила до фотокатода, между веществом и фотоэлектронным

умножителем устанавливают светопровод. Светопровод представляет собой

цилиндрический стержень из органического стекла люцита, внутри которого

свет проходит, испытывая полное внутреннее отражение.

Сводная таблица детекторов.

Виды

детекторов

Рабочее вещество Первичное

действие

частиц

Вторичный эффект Регистрация

Камера

Вильсона

Переохлажденный

пар

Ионизация

молекул пара

Конденсация пара на пути

движения частиц–образование

на ионах капелек жидкости

Визуальная,

фотография

Пузырьковая

камера

Перегретая

жидкость

Ионизация

молекул

жидкости

Закипание жидкости вдоль

траектории движения частиц –

ионы являются центрами

интенсивного

парообразования

Визуальная,

фотография

Толстослойные

фотоэмульсии

Фотографический Химическое

действие

Почернение фотографического

слоя

Фотография.

Счетчик

Гейгера-

Мюллера

Смесь газов в

ионизационной

камере высокого

напряжения

Ударная

ионизация

Ионная лавина Звуковая,

Осциллограф,

счетчик частиц.

Сцинтилляционн

ые счетчики

люминофоры флуоресценц

ия

Свечение в видимом

диапазоне

Фотография,

Счетчик частиц

усилитель

Счетчик

Литература.

Б.М. Яворский, А.А. Пинский Основы физики М.1974

А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. Медицинская и

биологическая физика.

Трековые или следовые детекторы позволяют наблюдать визуально следы

(треки) проходящих частиц. К ним относится: камера Вильсона, пузырьковая

камера, ядерные фотоэмульсии, искровые камеры.

Общий принцип регистрации

основан на том, что ускоренные заряженные

частицы, попадая в рабочее вещество, ионизируют его по ходу движения. В

результате ионизации вещества возникают вторичные эффекты, которые

можно наблюдать и по ним оценивать наличие частиц, их энергию, среднюю

длину пробега и т.д.

М . Дрофа, 2003

Измерение ионизирующих излучений и ядерных констант

Измерение

активности, характеристик полей и источников нейтронов

Блоки детектирования, радиометры, устройства детектирования.

Измерение доз ионизирующих излучений (дозиметрия)

Дозиметры, дозиметрические установки

Электронно-физическая аппаратура

Установки радиометрические, рентгеновские комплексы

Приборы комбинированные

Для индивидуального контроля радиационной обстановки и обеспечивают

возможность измерения мощности полевой эквивалентной дозы гамма-

излучения, плотности потока бета-излучения с поверхности, загрязненной

радионуклидами стронция-90 + иттрия-90 и удельной активности

радионуклида цезий-137 в водных растворах, а также сигнализации о

превышении измеряемой мощностью дозы пороговых значений,

равных 0,6 и

1,2 мкЗв/ч. Диапазоны измерения мощности полевой эквивалентной дозы

гамма-излучения мкЗв/ч, от 0, 0,1 до 999 плотности потока бета-излучения с

поверхности 1/с см2, от 0,1 до 999 удельной активности Бк/г, от 2 до 9990.

Погрешность Т30% Т45% Т35%.

Литература

1. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П.В.

Новицкого. – Л.: Ленинградское отд. Энергия, 1975.

2. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. – М.: Радио и связь,

1983.

3. Измерение электрических и неэлектрических величин /

[Н.Н. Евтихиев,

Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловский и др.] – М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Ильин В.А. Телеуправление и телеизмерение /В.А. В.А. Ильин. – 3-е изд.,

перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1982.

5. Информационно-измерительная техника и технологии / [В.И.

Калашников, С.В. Нефедов, А.Б. Путилин и др.]; под

ред. Г.Г. Раннева. –

М.: высш. шк., 2002.

6. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин6 Методы

измерений / С.А. Спектор. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1

87.

7. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: структуры и

алгоритмы, системотехническое проектирование / М.П. Цапенко. – 2-е

изд. перераб. – М.: «Энергоатомиздат», 1985.

8. Электрические измерения: учеб. Пособие / [В.Н. Малиновский, Р.М.

Демидова-Панферова, Ю.Н. Евлаков и др.]; под ред. В.Н. Малиновского.

М.: Энергоатомиздат, 1985.

Островский Л.А. Основы общей теории электроизмерительных устройств.

«Энергия», Л., 1971.

10. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я.

Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др.; Под ред. Е.М. Душина. – 6-е

изд., перер. И доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………...3

Глава 1. Измерение положения и перемещения объектов

1.1 Потенциометрические датчики положения и перемещения объектов

1.2 Гравитационные датчики положения и перемещения объектов

1.3 Емкостные датчики положения и перемещения объекта

1.4 Индуктивные и магнитные датчики положения и перемещения объектов

1.5 Вихретоковые датчики положения и перемещения объектов

1.6 Индуктивный датчик перемещения объекта

1.7 Датчик приближения на основе эффекта Холла

1.8 Магиторезистивные датчики перемещения объектов

1.9

Магнитострикционный датчик положения и перемещения объектов

1.10 Оптические датчики положения и перемещения объектов

1.11 Волоконнооптические устройства контроля положения и перемещения

объектов

1.12 Датчик микроперемещений на основе интерферометра Фабри - Перо

1.13 Решетчатые датчики положения и перемещения объектов

Глава 2. Контроль присутствия и перемещения объектов

2.1 Микроволоновые устройства измерения расстояния до объекта

2.2 Емкостные датчики присутствия объекта

2.3 Электростатические датчики движения объектов

2.4 Оптоэлектронные датчики движения объектов

2.5 Оптоэлектроныые датчики движения ИК-диапазона

2.6 Ультразвуковые датчики расстояний

Глава 3. Измерение геометрических характеристик объектов

3.1 Оптическая система измерения геометрических размеров объектов

3.2 Приборы для измерения и контроля качества поверхности

3.3 Измерение толщины изделия, слоя покрытия

3.4 Емкостные методы и средства измерения толщины пленок

Глава 4. Измерение уровня заполнения емкости

4.1 Механические методы измерения уровня

4.2 Тензометрический метод измерения уровня

4.3 Емкостной метод измерения уровня

4.4 Акустические и ультразвуковые методы измерения уровня сред

4.5 Измерение микроперемещений и продольных деформаций

Глава 5. Измерение силы и ее производных

5.1 Измерение силы, механических напряжений

5.2 Тензорезиситивные датчики

5.3 Применение пьезоэлектрического и магнитоупругого эффектов для

измерения усилий

5.4 Тактильные чувствительные элементы

Глава 6. Измерение давлений, разности давлений, вакуума

6.1 Манометры с упругими чувствительными элементами

6.2 Емкостные датчики давления

6.3 Тензорезистивные датчики давления

6.4 Датчики давления на основе переменного магнитного сопротивления

6.5 Оптоэлектронные и ионизационные датчики давления

6.6 Вакуумметры

Глава 7. Измерение параметров движения и механических

колебаний

7.1 Измерение параметров движения

7.2 Емкостные акселерометры

7.3 Пьезорезистивные акселерометры

7.4 Тепловой акселерометр

7.5 Гироскопы

7.5.1 Роторный гироскоп

7.5.2 Монолитные кремниевые гироскопы