Fizički mjerni instrumenti

Iako su osjetilni organi ljudskog tijela iznimno osjetljivi i osjetljivi, moderna znanost i tehnologija oslanjaju se na razvoj mnogo točnijih instrumenata za mjerenje fizičkih veličina. Nužna je za proučavanje, praćenje i kontrolu svih vrsta prirodnih fenomena.

Prvi mjerni instrumenti

Najraniji fizički instrumenti koji se koriste u astronomiji i navigaciji. Na primjer armillary sfera - najstariji poznati astronomski instrument. Bila je to lopta, čiji su prstenovi prikazivali najvažnije krugove nebeske sfere.

Stari Grci modificirali su ga kako bi stvorili astrolab, koji određuje vrijeme ili duljinu dana i noći, kao i mjerenje sunčeve i lunarne visine.

Kompas - najraniji instrument za pronalaženje smjera, koji se nije odnosio na zvijezde, bio je zapanjujuće uspješan među instrumentima u XI.

Teleskop je izumio 1608. nizozemska optika Johann Lippersgey, a Galileo ga je najprije našao u širokoj upotrebi.

Prvi sustav instrumentalne kontrole bio je toplinski relej i termostatsku peć koju je razvio nizozemski izumitelj Cornelius Drebelbel (1572-1634), u kojoj je termometar kontrolirao temperaturu peći sa sustavom šipki i poluga.

Uređaji za mjerenje i reguliranje tlaka pare unutar kotla pojavili su se otprilike u isto vrijeme. Godine 1788. Škot James Watt izumio je centrifugalni regulator kako bi održao zadanu brzinu parnog stroja.

Struja i fizički uređaji

razvoj mjerni instrumenti brzo se kreće u vremenu industrijska revolucija XVIII i XIX stoljeća, osobito na području mjerenja električne energije. Proizvodni procesi tog vremena zahtijevali su fizičke instrumente koji su mogli doseći nove standarde za linearnu preciznost. To je djelomično postignuto pomoću mikrometra, čiji su posebni modeli postigli točnost od 0.000025 mm (0.000001 inča).

Za industrijsku uporabu električne energije potrebni su instrumenti za mjerenje struje, napona i otpora. Analitičke metode koje su koristile alate poput mikroskopa postale su važnije. Na primjer, spektroskopom se analizira valna duljina svjetlosti iz žarulja sa žarnom niti. Također je korišten za određivanje sastava kemikalija i zvijezda.

Revolucija u tehnikama instrumentacije

U 20. stoljeću rast moderne industrije, uvođenje informatizacije i pojava svemirskih istraživanja potaknuli su daljnji razvoj fizičkih instrumenata, osobito elektroničkih uređaja. Često se za pretvaranje uzorka izmjerene energije u električne impulse koristi pretvornik, tj. Alat koji mijenja energiju iz jednog oblika u drugi (na primjer, fotocelica, termoelement ili mikrofon).

Uvođenje elektroničkog računala pedesetih godina prošlog stoljeća sa svojom sposobnošću obrade i pohranjivanja informacija dovelo je do revolucije u metodama izrade instrumenata, jer je istovremeno omogućilo usporedbu i analizu velikih količina informacija. Sustavi povratnih informacija poboljšani su jer su podaci iz faza praćenja uređaja odmah ocijenjeni i korišteni za postavljanje parametara koji utječu na proces. Povratni sustavi su kritični za rad automatiziranih procesa.

Primjeri suvremenih fizičkih uređaja

Instrumenti se koriste za mjerenje fizičkih svojstava tvari, kao što je zamućenost ili količina krutih čestica u otopini. Procesi pročišćavanja i pročišćavanja vode kontroliraju se turbidimetrom, koji mjeri koliko svjetla jedne pojedine valne duljine apsorbira otopina. Gustoća tekuće tvari određuje se hidrometrom, koji određuje uzgon objekta s poznatim volumenom uronjenim u izmjerenu tekućinu. Brzina protoka tvari mjeri se pomoću turbinskog brojila, u kojem se izračunava okretanje za slobodno rotirajuću turbinu uronjenu u tekućinu, a viskoznost tekućine mjeri se brojnim metodama, uključujući i količinu prigušivanja vibracija čelične oštrice.

Fizički instrumenti također uključuju uređaje za prijenos signala na velike udaljenosti. Svi mjerni sustavi (čak i visoko automatizirani) uključuju neki način prikazivanja signala promatraču. Sustavi vizualnog prikaza mogu sadržavati kalibriranu kartu i pokazivač, ugrađeni prikaz na katodnoj cijevi ili digitalni prikaz.

Pogreške mjerenja

Na točnost mjernih uređaja utječu brojni vanjski i unutarnji čimbenici. Među prvima su buka i smetnje koje masku ili iskrivljuju mjerni signal. Unutarnji faktori uključuju linearnost, rezoluciju i točnost specifične za određenu jedinicu fizičke veličine ili fizičkog uređaja. Stoga, za svako mjerenje treba shvatiti da ne postoji apsolutno točan instrument. Zbog toga nema većih poteškoća u rješavanju većine zadataka, jer su odstupanja do stotinke postotka beznačajna.