Fizični merilni instrumenti

Čeprav so senzorični organi človeškega telesa izredno občutljivi in ​​odzivni, se sodobna znanost in tehnologija zanašata na razvoj veliko bolj natančnih instrumentov za merjenje fizikalnih veličin. Potreben je za preučevanje, spremljanje in nadzor vseh vrst naravnih pojavov.

Prvi merilni instrumenti

Najzgodnejši fizični instrumenti, ki se uporabljajo v astronomiji in navigaciji. Na primer armillary kroglo - najstarejši znan astronomski instrument. To je bila žoga, katere obroči so upodabljali najpomembnejše kroge nebesne sfere.

Stari Grki so ga prilagodili, da so ustvarili astrolab, ki določa čas ali dolžino dneva in noči, kakor tudi merjenje višine sonca in lune.

Kompas - najzgodnejši instrument za iskanje smeri, ki se ni nanašal na zvezde, je bil med instrumenti v XI. Stoletju presenetljivo uspešen.

Teleskop je izumil leta 1608 nizozemska optika Johann Lippersgey in ga je Galileo prvič široko uporabljal.

Prvi instrumentalni nadzorni sistem je bil termični rele in termostatsko peč, ki jo je razvil nizozemski izumitelj Cornelius Drebelbel (1572-1634), v kateri je termometer nadzoroval temperaturo peči s sistemom palic in vzvodov.

Naprave za merjenje in uravnavanje parnega tlaka v kotlu so se pojavile približno ob istem času. Leta 1788 je škotski James Watt izumil centrifugalni regulator, ki je vzdrževal določeno hitrost parnega stroja.

Električna energija in fizične naprave

Razvoj merilnih instrumentov hitro se premikajo v času industrijska revolucija XVIII in XIX stoletja, zlasti na področju merjenja električne energije. Proizvodni procesi tega časa so zahtevali fizične instrumente, ki so omogočali doseganje novih standardov za linearno natančnost. To je bilo delno doseženo z mikrometrom, katerega posebni modeli so dosegli natančnost 0,000025 mm (0,000001 palca).

Industrijska uporaba električne energije zahteva instrumente za merjenje toka, napetosti in upora. Analitične metode z uporabo orodij, kot je mikroskop, so postale pomembnejše. Na primer, spektroskop analizira valovno dolžino svetlobe iz žarnic. Uporabljen je bil tudi za določanje sestave kemikalij in zvezd.

Revolucija v tehniki instrumentacije

V 20. stoletju je rast sodobne industrije, uvedba informatizacije in nastanek vesoljskih raziskav spodbudila nadaljnji razvoj fizičnih instrumentov, zlasti elektronskih naprav. Pogosto se pretvornik, to je orodje, ki spremeni energijo iz ene oblike v drugo (npr. Fotocelica, termočlen ali mikrofon), pretvori vzorec izmerjene energije v električne impulze.

Uvedba elektronskega računalnika v petdesetih letih prejšnjega stoletja s svojo sposobnostjo obdelave in shranjevanja informacij je revolucionirala metode izdelave instrumentov, saj je hkrati omogočala primerjavo in analizo velikih količin informacij. Sistemi povratnih informacij so bili izboljšani, saj so bili podatki iz faz spremljanja naprav takoj ocenjeni in uporabljeni za nastavitev parametrov, ki vplivajo na proces. Sistemi povratnih informacij so ključni za delovanje avtomatiziranih procesov.

Primeri sodobnih fizičnih naprav

Instrumenti se uporabljajo za merjenje fizikalnih lastnosti snovi, kot je njegova motnost ali količina trdnih delcev v raztopini. Procesi čiščenja in prečiščevanja vode se nadzorujejo s turbidimetrom, ki meri, koliko raztopine absorbira svetloba posamezne valovne dolžine. Gostota tekoče snovi je določena s hidrometrom, ki določa vzgon objekta z znanim volumnom, potopljenim v izmerjeno tekočino. Pretok snovi se meri s turbinskim merilnikom, v katerem se izračunajo zavoji prosto vrtljive turbine, potopljene v tekočino, in viskoznost tekočine se meri z več metodami, vključno s tem, koliko duši nihanja jeklenih rezil.

Fizični instrumenti vključujejo tudi naprave za prenos signalov na dolge razdalje. Vsi merilni sistemi (tudi zelo avtomatizirani) vključujejo nekatere načine prikaza signala opazovalcu. Sistemi za vizualni prikaz lahko vsebujejo umerjeno tabelo in kazalec, vgrajen prikaz na katodni cevi ali digitalni prikaz.

Napake merjenja

Na točnost merilnih naprav vplivajo številni zunanji in notranji dejavniki. Med prvimi so hrup in motnje, ki prikrivajo ali izkrivljajo merilni signal. Notranji dejavniki vključujejo linearnost, ločljivost in natančnost, značilno za določeno enoto fizične količine ali fizične naprave. Zato je treba za vsako meritev razumeti, da ni absolutnega natančnega instrumenta. Zaradi tega ni več težav pri reševanju večine nalog, saj odstopanja do stotinskega deleža odstotka niso pomembna.