Instrumente de măsurare optică. Echipamente de măsurare și control cu conversie optică și optic-mecanică
Instrumentele optice de măsură sunt extrem de diverse. În ceea ce privește numărul de tipuri de instrumente optice, acestea pot fi comparate cu instrumentele electrice de măsură. De fapt, multe aparate din alte tipuri de măsurători - din mecanică, din termofizică, din chimie fizică - au una sau alta piesă optică ca treaptă finală sau ca senzor primar.
De la bun început, trebuie stabilit că în prezentarea ulterioară va fi considerat un dispozitiv optic. În general, o metodă optică este considerată a fi o metodă sau un dispozitiv care înregistrează radiații electromagnetice vizibile pentru ochiul uman, adică vibrații electromagnetice cu lungimi de undă de la 760 nm la 350 nm. Cu toate acestea, dezvoltarea științei luminii a condus la faptul că sarcinile optice au ajuns să fie înțelese ca măsurători în regiunea cu lungime de undă mai mare - radiația infraroșie - și în regiunea cu lungime de undă mai scurtă - radiația ultravioletă. În consecință, s-a extins numărul de metode și instrumente care sunt apanajul opticilor. Pentru a fi convins de acest lucru, este suficient să reamintim că în instrumentația optică și în cercetarea optică din ultimele decenii, știința optică a crescut în principal în regiunile extreme, adică în infraroșu (IR) și ultraviolete (UV) ale spectrului. Prin urmare, acum instrumentele și metodele optice înseamnă aproape tot ceea ce „vine” din radiația electromagnetică vizibilă pentru ochiul uman.
Limitându-ne la tema și volumul prezentării, vom presupune că cititorul este familiarizat cu elementele de bază ale opticii fizice și geometrice. În orice caz, nu există nicio oportunitate aici de a explica esența unor astfel de fenomene precum difracția, interferența, polarizarea etc., nici să ne oprim asupra legilor de bază ale opticii, de exemplu, efectul fotoelectric, principiile funcționării laserului, legile radiațiilor, radiației sincrotron, etc. Pentru o cunoaștere mai detaliată a fizicii fenomenelor optice, aici sunt link-uri către materiale educaționale dedicate în mod special acestei secțiuni speciale de optică.
Înainte de a trece la o prezentare specifică a principiilor de funcționare a instrumentelor optice, este logic să le clasificam în funcție de mărimile fizice care se măsoară sau în funcție de domeniul de aplicare, care sunt adesea același lucru. Din acest punct de vedere, instrumentele optice de măsurare pot fi împărțite în clase, de exemplu, așa cum se arată în diagrama din Fig. 8.1
.
Instrumentele optice fotometrice sunt o clasă de optică pentru modificarea fluxurilor de lumină și a cantităților direct legate de fluxurile de lumină: iluminare, luminozitate, luminozitate și intensitate luminoasă. Este recomandabil să se împartă fotometrele în cele tradiționale optice, în care caracteristicile măsurate au o sensibilitate corespunzătoare sensibilității ochiului uman și așa-numitele fotometre de cantități fotometrice de energie, adică aceleași caracteristici indiferent de sensibilitatea omului. ochi. Desigur, în fotometrele de energie valorile sunt exprimate nu în lumeni, lux, nits, ci în unități mecanice:
Dispozitivele optice spectrale reprezintă o clasă uriașă de tehnologie optică, care au în comun descompunerea radiațiilor electromagnetice într-un spectru în funcție de lungimi de undă. Există spectroscoape - instrumente vizuale, monocromatoare - dispozitive care emit radiații la orice lungime de undă fixă, policromatoare care emit radiații la mai multe lungimi de undă, spectrografe - care înregistrează întregul spectru al radiațiilor monocromatice. Dacă un dispozitiv, pe lângă descompunerea radiației într-un spectru, are capacitatea de a măsura orice caracteristică energetică a radiației electromagnetice, atunci un astfel de dispozitiv se numește spectrofotometru sau cuanmetru.
Interferometrele sunt dispozitive în care principala caracteristică măsurată nu este amplitudinea undei luminoase și energia asociată, ci faza oscilației electromagnetice. Această abordare a făcut posibilă crearea celor mai precise instrumente de măsurare în acest moment, care fac de fapt posibilă măsurarea valorilor cu erori de 11-12 cifre. De aceea, interferometrele sunt folosite în principal pentru a rezolva probleme care necesită o precizie extrem de ridicată de la instrumente, de exemplu, în standarde, în deservirea unor programe științifice unice, în implementarea metodelor ultra-sensibile pentru analiza compoziției materiei etc.
Alte clase de dispozitive optice, prezentate în diagrama din Fig. 8.1 nu sunt la fel de extinse ca fotometrele și spectrometrele. Cu toate acestea, ele sunt evidențiate datorită faptului că factorul lor determinant este un fenomen fizic specific.
Polarimetrele folosesc o astfel de proprietate de undă a luminii ca polarizarea, adică o anumită orientare a oscilațiilor unei unde electromagnetice în raport cu direcția de propagare. Multe substanțe au capacitatea de a schimba direcția de polarizare. Pe acest principiu funcționează nu numai convertoarele pentru măsurarea cantităților magnetice, ci și unele instrumente pentru analiza compoziției substanțelor și materialelor, de exemplu zaharimetre.
Instrumente pentru măsurarea indicelui de refracție al solidelor, lichidelor și gazelor. Ei folosesc o schimbare a direcției unui fascicul de lumină la interfața dintre două medii. Aceste dispozitive sunt folosite ca indicatori în cromatografe, în numeroase instrumente meteorologice cu destinație specială, în analiza gazelor etc.
Instrumente pentru măsurători unghiulare - cele mai multe dintre ele sunt lunete sau lasere, a căror axă optică este echipată cu un cadran de referință unghiular. Cu un astfel de dispozitiv puteți măsura unghiuri îndreptând secvențial axa optică spre două obiecte separate. Aceasta include și telemetrul optice care utilizează două lunete de observare pentru a măsura unghiurile de vizualizare ale aceluiași obiect. Goniometrele sunt utilizate pe scară largă în topografie, echipamente militare și lucrări geodezice.
Microscoapele de măsurare sunt instrumente pentru mărirea dimensiunilor aparente (sau unghiurilor de vizualizare) ale diferitelor obiecte și măsurarea dimensiunilor pieselor mărite. În secțiunea „Măsurări mecanice”, au fost luate în considerare două tipuri de astfel de echipamente de măsurare: contorul de lungime IZA și microscopul Linnik, un dispozitiv pentru măsurarea rugozității suprafeței. Cele mai comune dispozitive de acest tip sunt microscoapele convenționale echipate cu un micrometru pentru ocular. Acest lucru face posibilă estimarea mărimii volumului prin observarea directă la microscop. Astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă de medici, biologi, botanici și, în general, de toți specialiștii care lucrează cu obiecte mici.
Dispozitivele pentru măsurarea radiației termice proprii ale corpului sunt numite pirometre (de la cuvântul „pyro” - foc). Aceste dispozitive folosesc legile radiației corpurilor încălzite - legea lui Planck, legea lui Stefan-Boltzmann, legea lui Wien, legea Rayleigh-Jeans. Am luat în considerare această clasă de dispozitive în secțiunea privind măsurarea temperaturii, unde pirometrele sunt considerate mijloace de măsurare a temperaturii fără contact.
Termenul „fotometrie” este derivat din două cuvinte grecești: „phos” - lumină și „metreo” - măsură. În instrumentele de măsură care înregistrează regiunea spectrului vizibilă pentru ochiul uman (λ = 350 - 760 nm), este important nu numai măsurarea caracteristicilor energetice, ci și fabricarea dispozitivului astfel încât sensibilitatea acestuia la radiații. se potrivește cu sensibilitatea ochiului uman. Astfel de instrumente măsoară cantități optice în unități optice, dintre care principala este candela (lumânare). Intensitatea luminoasă este definită ca energia fluxului vizibil pentru ochiul uman, adică energia mecanică înmulțită cu vizibilitatea ochiului, răspândindu-se într-un unghi solid unitar, adică.
(8.1)
Dacă intensitatea luminoasă este exprimată în candela și unghiul solid în steradiani, atunci fluxul luminos este exprimat în lumeni.
Iluminarea oricărei suprafețe perpendiculare pe direcția de propagare a luminii este densitatea de suprafață a fluxului luminos, adică.
Relația dintre iluminare și intensitatea luminoasă este dată de legea fundamentală a fotometriei, care afirmă că iluminarea de la o sursă punctuală variază invers proporțional cu pătratul distanței de la sursă la suprafața iluminată, adică.
(8.3)
unde φ este unghiul dintre normala la suprafață și direcția de distribuție a luminii. Iluminarea este exprimată în lumeni. Dacă sarcina este de a caracteriza parametrii fotometrici ai unui obiect autoluminos: un filament de lampă incandescentă, un ecran de monitor, un bec de lampă fluorescentă etc., trebuie măsurată o cantitate numită luminozitate:
unde dS este elementul suprafeței luminoase. Luminozitatea în unități optice este exprimată în lumeni pe metru pătrat (lm/m2).
O altă mărime fizică optică comună măsurată în practică este luminozitatea. Luminozitatea este definită pentru un obiect luminos ca intensitatea luminoasă pe unitatea de suprafață perpendiculară pe rază:
Orez. 8.2. Pentru a determina luminozitatea: a) suprafata autoluminoasa; b) o suprafață iluminată de o sursă de lumină externă
Pentru o suprafață iluminată de o sursă de lumină externă, luminozitatea este definită ca raportul dintre iluminarea suprafeței și unghiul solid bazat pe această suprafață și având vârful său în punctul de observare:
O altă definiție a luminozității se referă la o rază de lumină, indiferent dacă aceasta provine de la o suprafață autoluminoasă sau este incidentă pe o suprafață. Luminozitatea unei raze elementare este definită ca iluminarea pe care o creează pe o suprafață perpendiculară pe aceasta în unghiul solid unitar pe care îl umple:
(8.7)
În cazurile în care sunt create dispozitive care funcționează în domeniul infraroșu sau ultraviolet, în loc de unități optice, așa cum sa indicat deja, se folosesc unități mecanice, adică puterea este măsurată în wați, iradierea în wați pe metru pătrat, energia luminoasă în wați pe steradian, luminozitate energetică - în wați pe metru pătrat pe steradian. Capitolul „Metrologie” precizează că legătura dintre unitățile fotometrice relative se realizează folosind conceptul de echivalent mecanic al luminii și funcția de vizibilitate a ochiului uman. Să ne amintim că echivalentul mecanic al luminii este puterea fluxului luminos la o lungime de undă de 555 microni, egală cu 1 Watt de energie mecanică. În unitățile optice, această putere este egală cu 683 de lumeni, adică.
(8.8)
Instrumentele de măsurare a intensității luminoase - contoare de lumânări - folosesc legea de măsurare a iluminării în funcție de distanță. În acest caz, intensitatea luminoasă a unei surse se măsoară prin comparație (prin compararea iluminării create de această sursă cu iluminarea creată de sursă cu o intensitate luminoasă cunoscută I). O diagramă a unui astfel de dispozitiv este prezentată în Fig. 8.3 .
Prin deplasarea ecranului și a lămpii, semnalele de la fotodetector sunt egale atunci când sunt iluminate de ambele lămpi. Apoi se măsoară distanța r 1 și r 2 corespunzătoare acestei poziții. Intensitatea luminoasă a sursei I 2 se găsește din egalitatea evidentă:
(8.9)
Există un număr suficient de implementări diferite ale acestei metode, atât pentru compararea lămpilor cu diferite compoziții spectrale de radiație, cât și cu intensități diferite. În locul unui fotodetector, se folosește adesea un fel de dispozitiv vizual, iar egalitatea de iluminare este înregistrată fără măsurarea fotocurenților.
Același principiu în ceea ce privește măsurarea intensității luminoase a surselor puternice sau la o distanță mare de la sursa de lumină la fotodetector este implementat în așa-numita metodă telemetrică. Esența acestei metode se bazează pe izolarea și măsurarea fluxului luminos ΔФ care se propagă de la sursă într-un unghi solid mic Δω și astfel determinarea intensității luminoase în direcția corespunzătoare. Figura 8.4
explică esența metodei telemetriei.
Radiația de la sursa I, a cărei intensitate luminoasă trebuie determinată, cade pe lentila pozitivă A, a cărei axă optică coincide cu direcția intensității luminoase măsurate. În planul focal F este instalată o diafragmă D cu o zonă de deschidere S egală cu δ. Unghiul solid în care razele incidente pe lentila L vor ajunge la fotocelula este egal cu Δω=δ/f 2, unde f este distanța focală a lentilei. Fluxul foto din circuitul celulei foto trebuie să fie proporțional cu fluxul luminos ΔФ utilizat în unghiul solid constant Δω pentru un dispozitiv dat. În acest caz, biblioteca foto este egală cu
(8.10)
unde K este un coeficient constant, I este intensitatea luminoasă dorită. Coeficientul K este determinat în timpul calibrării, iar scara instrumentului electric de măsurare este combinată direct în unități de intensitate luminoasă - în candela sau în wați pe steradian.
Pentru a măsura fluxul luminos, se măsoară iluminarea suprafeței interioare a bilei albe mate. Dacă un ecran E este instalat într-o bilă fotometrică între sursa de lumină, fluxul de la care trebuie măsurat și fotodetector, atunci iluminarea la locația fotodetectorului este proporțională cu fluxul luminos total:
(8.11)
unde ρ este coeficientul de reflexie al suprafeței interioare a mingii; r - raza mingii; a este constanta fotometrică a sferei - coeficientul de proporționalitate dintre mărimea fluxului luminos de la sursă și iluminarea suprafeței fotodetectorului. În majoritatea cazurilor practice, coeficientul a este determinat experimental prin măsurarea fluxului luminos al unei surse cu valori cunoscute ale fluxului luminos total.
Contoarele de lumină – luxmetrele – sunt cele mai utilizate instrumente optice folosite în practică. Aceste dispozitive controlează nivelul de iluminare în toate cazurile - în interior, în exterior, atunci când se efectuează orice măsurători tehnologice etc.
Luxmetrele sunt, în principiu, cele mai simple dintre toate instrumentele fotometrice. Luxmetrele fotoelectrice constau de obicei dintr-o celulă foto și un dispozitiv de măsurare electric sensibil. O condiție necesară pentru corectitudinea citirilor luxmetrului este ca sensibilitatea spectrală a fotodetectorului să corespundă funcției de vizibilitate a ochiului uman, adică sensibilitatea maximă ar trebui să fie în regiunea galben-verde cu o scădere a ultravioletului (până la 380). nm) și în regiunea infraroșu (mai mult de 760 nm). Deoarece zona fotodetectorului este strict fixată, semnalul de la acesta este proporțional cu iluminarea, iar scara dispozitivului, în consecință, poate fi calibrată în lux.
Radiatii infrarosii. Deoarece relația dintre energia totală a radiației termice și temperatură este dată de legea Stefan-Boltzmann, citirile spectrofotometrelor depind de ce fel de sursă de lumină luminează obiectul dat. În cele mai multe cazuri, dispozitivele sunt calibrate pentru iluminat cu lămpi cu incandescență, așa-numitele. Sursă de tip A. Dacă obiectul este iluminat de alte tipuri de surse, cum ar fi lămpi fluorescente sau lămpi cu arc de mercur, atunci citirea pe scara luxmetrului poate fi corectată folosind factorul de corecție N, cu care rezultatul trebuie înmulțit pentru a găsi valoarea corectă a iluminării măsurate. Valorile factorului de corecție N pentru sursele de lumină cele mai frecvent utilizate sunt date în tabel. 8.1.
Tabelul 8.1
Factori de corecție pentru măsurători
fluxurile de energie ale surselor de lumină
cu temperaturi de culoare diferite
Temperatura de culoare a sursei de lumină, K | 2360 | 2856 | 3100 | 3250 | 3400 | 4800 | 5800 |
Factorul de corecție, N | 1,003 | 1,00 | 0,99 | 0,975 | 0,973 | 0,843 | 0,78 |
Pentru a măsura luminozitatea în conformitate cu 8.5 - 8.7, este necesar să se măsoare energia unui fascicul de lumină limitat de două diafragme. Pentru a implementa acest lucru, contorul de luminozitate conține, de regulă, o lentilă acromatică care proiectează imaginea obiectului în planul diafragmei D, în spatele căreia este instalat un fotodetector. Diagrama contorului de luminozitate este prezentată în Fig. 8.5 .
Un dispozitiv construit conform acestei scheme răspunde la fluxul luminos emanat de o suprafață de o anumită dimensiune dS la un anumit unghi dω. În consecință, fototeca înregistrată va fi proporțională cu luminozitatea obiectului, iar dispozitivul poate fi calibrat în unități de luminozitate. În practică, contoarele de luminozitate au un dispozitiv de vizualizare care permite ochiului să vadă zona suprafeței a cărei luminozitate este măsurată.
Când măsurați luminozitatea obiectelor auto-luminoase extinse, puteți utiliza un dispozitiv pentru măsurarea iluminării - un luxmetru - așezându-l direct pe suprafața luminoasă. În acest caz, fotodetectorul va colecta toată radiația obiectului care emană la un unghi solid de 2π steradiani, iar luminozitatea suprafeței autoluminoase va diferi de iluminare cu 2π, adică.
Această metodă este adesea folosită în practică. Există și instrumente intermediare calibrate în unități de luminozitate, deși în design sunt identice cu luxmetrele convenționale.
Un dispozitiv optic de măsurare în inginerie mecanică, un instrument de măsurare în care vizualizarea (alinierea limitelor unei dimensiuni controlate cu o linie a părului, încrucișarea etc.) sau determinarea dimensiunii se efectuează folosind un dispozitiv cu un principiu optic de funcționare. Există trei grupe de instrumente optice de măsurare: dispozitive cu o metodă optică de ochire și o metodă mecanică (sau alta, dar nu optică) de măsurare a mișcării; dispozitive cu o metodă optică de vizualizare și numărare a mișcărilor; dispozitive care au contact mecanic cu obiectul măsurat, cu o metodă optică pentru determinarea mișcării punctelor de contact.
Dintre dispozitivele din primul grup, proiectoarele au devenit larg răspândite pentru măsurarea și monitorizarea pieselor cu contururi complexe și dimensiuni mici (de exemplu, șabloane, părți ale mecanismului de ceas etc.). În inginerie mecanică, proiectoarele sunt folosite cu măriri de 10, 20, 50, 100 și 200, având dimensiunea ecranului de la 350 la 800 mm în diametru sau pe o singură parte. T.n. Atașamentele de proiecție sunt instalate pe microscoape, mașini de prelucrare a metalelor și diverse instrumente. Microscoapele instrumentale (Fig. 1) sunt cele mai des folosite pentru a măsura parametrii filetului. Modelele mari de microscoape instrumentale sunt de obicei echipate cu un ecran de proiecție sau un cap binocular pentru o vizualizare ușoară.
Cel mai comun dispozitiv al celui de-al doilea grup este microscopul de măsurare universal UIM, în care piesa măsurată se deplasează pe un cărucior longitudinal, iar microscopul cu cap se deplasează pe un cărucior transversal. Observarea limitelor suprafețelor care sunt inspectate se realizează cu ajutorul unui microscop cu cap; dimensiunea controlată (cantitatea de mișcare a piesei) este determinată pe o scară, de obicei folosind microscoape de citire. Unele modele UIM folosesc un dispozitiv de proiectare-citire. Un comparator de interferență aparține aceluiași grup de dispozitive.
Dispozitivele celui de-al treilea grup sunt folosite pentru a compara mărimile liniare măsurate cu măsurile sau scalele. Ele sunt de obicei unite sub numele general. comparatori. Acest grup de instrumente include un optimeter, un optic, o mașină de măsurat, un interferometru de contact, un contor de lungime optică etc. Interferometrul de contact (dezvoltat pentru prima dată de I. T. Uversky în 1947 la uzina Kalibr din Moscova) folosește un interferometru Michelson (vezi Art. Interferometru), a cărui oglindă mobilă este legată rigid de tija de măsurare. Mișcarea tijei în timpul măsurării determină o mișcare proporțională a franjurilor de interferență, care se numără pe o scară. Aceste dispozitive (de tip orizontal și vertical) sunt cel mai adesea utilizate pentru măsurători relative ale lungimii blocurilor de gabarit în timpul certificării lor. Într-un indicator optic de lungime (Abbe length gauge), scala de citire se mișcă împreună cu tija de măsurare (Fig. 2). Când se măsoară prin metoda absolută, se determină o dimensiune egală cu mișcarea scalei prin ocular sau pe un dispozitiv de proiecție folosind un vernier.
Un dispozitiv optic de măsurare în inginerie mecanică, un instrument de măsurare în care vizualizarea (alinierea limitelor unei dimensiuni controlate cu o linie a părului, încrucișarea etc.) sau determinarea dimensiunii se efectuează folosind un dispozitiv cu un principiu optic de funcționare. Există trei grupe de instrumente optice de măsurare: dispozitive cu o metodă optică de ochire și o metodă mecanică (sau alta, dar nu optică) de măsurare a mișcării; dispozitive cu o metodă optică de vizualizare și numărare a mișcărilor; dispozitive care au contact mecanic cu obiectul măsurat, cu o metodă optică pentru determinarea mișcării punctelor de contact. aparat cu raze X Arina-1.
Dintre dispozitivele din primul grup, proiectoarele au devenit larg răspândite pentru măsurarea și monitorizarea pieselor cu contururi complexe și dimensiuni mici (de exemplu, șabloane, părți ale mecanismului de ceas etc.). În inginerie mecanică, proiectoarele sunt folosite cu măriri de 10, 20, 50, 100 și 200, având dimensiunea ecranului de la 350 la 800 mm în diametru sau pe o singură parte. Atașamentele de proiecție sunt instalate pe microscoape, mașini de prelucrare a metalelor și diverse instrumente. Microscoapele instrumentale sunt cel mai adesea folosite pentru a măsura parametrii filetului. Modelele mari de microscoape instrumentale sunt de obicei echipate cu un ecran de proiecție sau un cap binocular pentru o vizualizare ușoară.
Cel mai comun dispozitiv al celui de-al doilea grup este microscopul de măsurare universal UIM, în care piesa măsurată se deplasează pe un cărucior longitudinal, iar microscopul cu cap se deplasează pe un cărucior transversal. Observarea limitelor suprafețelor care sunt inspectate se realizează cu ajutorul unui microscop cu cap; dimensiunea controlată (cantitatea de mișcare a piesei) este determinată pe o scară, de obicei folosind microscoape de citire. Unele modele UIM folosesc un dispozitiv de proiectare-citire. Un comparator de interferență aparține aceluiași grup de dispozitive.
Dispozitivele celui de-al treilea grup sunt folosite pentru a compara mărimile liniare măsurate cu măsurile sau scalele. Ele sunt de obicei combinate sub denumirea generală comparatoare. Acest grup de instrumente include un optimeter, un optic, o mașină de măsurat, un interferometru de contact, un contor de lungime optică etc. Un interferometru de contact (dezvoltat pentru prima dată de I. T. Uversky în 1947 la uzina Kalibr din Moscova) folosește un interferometru Michelson, oglindă mobilă din care este legată rigid cu tijă de măsurare. Mișcarea tijei în timpul măsurării determină o mișcare proporțională a franjurilor de interferență, care se numără pe o scară. Aceste dispozitive (de tip orizontal și vertical) sunt cel mai adesea utilizate pentru măsurători relative ale lungimii blocurilor de gabarit în timpul certificării lor. Într-un indicator de lungime optic (gabaritorul de lungime Abbe), scala de citire se mișcă împreună cu tija de măsurare. Când se măsoară prin metoda absolută, se determină o dimensiune egală cu mișcarea scalei prin ocular sau pe un dispozitiv de proiecție folosind un vernier.
O direcție promițătoare în dezvoltarea noilor tipuri de instrumente optice de măsurare este dotarea acestora cu dispozitive electronice de citire care să permită simplificarea citirilor și vizualizării, obținerea de citiri mediate sau procesate în funcție de anumite dependențe etc.
Articolul este dedicat dispozitivelor dezvoltate de NTP TKA LLC pentru măsurarea principalilor parametri de lumină și energie și caracteristicile surselor de radiații optice, inclusiv LED-urile.
Este evidentă necesitatea unei măsurări prompte și fiabile a principalelor parametri de lumină și energie și caracteristici ale surselor de radiație din regiunea vizibilă a spectrului, cum ar fi coordonatele cromatice, temperatura corelată a culorii, coeficientul de pulsație, luminozitatea, iluminarea și iradierea. Este dictată de dezvoltarea rapidă a surselor alternative de radiații optice (LED-uri), apariția diferitelor opțiuni pentru afișaje și afișaje luminoase, precum și procesele tehnologice care utilizează surse de radiații optice.
Câteva caracteristici ale construcției instrumentelor pentru măsurarea caracteristicilor de bază ale luminii surselor de lumină
Măsurarea iluminării și luminozității este o procedură fotometrică simplă. În același timp, la proiectarea și fabricarea luxmetrelor și contoarelor de luminozitate, trebuie să se confrunte cu probleme destul de serioase în asigurarea conformității dispozitivelor fabricate cu cerințele documentelor de reglementare.
De exemplu, dispozitivele fotodetectoare (PDD), fiind componenta principală a unui dispozitiv de măsurare a radiațiilor optice, trebuie să îndeplinească o serie de cerințe electrice și fotometrice, în funcție de domeniul de aplicare și scop. Atunci când se dezvoltă și se produc dispozitive pentru măsurarea parametrilor radiațiilor, este necesar să se cunoască aceste cerințe, caracteristicile lor, dificultățile de creare și modalitățile de depășire a acestora.
Dispozitivul pentru generarea unei caracteristici spațiale (dispozitiv de intrare) formează un unghi de vizualizare, a cărui valoare este determinată de scopul dispozitivului care este dezvoltat. De exemplu, dispozitivul de intrare al unui luxmetru sau al unui contor de puls este calculat pe baza următoarelor considerații.
Iluminarea unei suprafețe creată de o sursă punctiformă de radiație situată în mod arbitrar la un unghi. la normala sa (Fig. 1), este determinată de expresia:
E = E 0 ×cosβ, (1)
unde E 0 este iluminarea creată de o sursă punctiformă situată normal cu suprafața; β este unghiul dintre normală și direcția către sursă.
Orez. 1. Sursă localizată aleatoriu
Evident, măsurătorile unui dispozitiv care măsoară iluminarea trebuie să respecte aceeași lege. Este imposibil să se implementeze practic această condiție fără a lua anumite măsuri din cauza dependenței de reflexie a suprafeței elementelor optice ale sistemului receptor de unghiul de incidență a radiației, descris de formula Fresnel (2). Pentru a îndeplini această condiție, este necesar să se includă în circuitul optic al fotodetectorului un așa-numit atașament cosinus, care formează unghiul de vizualizare necesar și compensează eroarea introdusă de reflexia la suprafață a elementelor optice.
Cea mai optimă duză cosinus pentru instrumentele de lucru (Fig. 2) pentru măsurarea radiației optice este un element din sticlă de lapte care împrăștie uniform radiația incidentă în toate direcțiile, asigurând astfel îndeplinirea legii lui Lambert, conform căreia luminozitatea luminii. -suprafața de împrăștiere este aceeași în toate direcțiile.
Orez. 2. Duză cosinus cilindrică pentru scule de lucru
Suprafața materialelor utilizate în dispozitivele de intrare reflectă radiația incidentă conform legii lui Fresnel:
unde φ 1 este unghiul dintre raza de lumină incidentă la suprafață și normală; φ 2 - unghi dintre raza refracta si normala. Grafic, această dependență este prezentată în Fig. 3.
Orez. 3. Dependenţa coeficientului de reflexie al suprafeţei materialului de unghiul de incidenţă
Aceasta înseamnă că fotodetectorul înregistrează radiația care nu corespunde relației (1) la unghiuri mai mari de 60°, adică diferite de radiația reală.
Pentru a compensa pierderea radiației reflectate, se folosește marginea laterală a discului de sticlă de lapte. Cantitatea de flux de radiație trecută în sticlă prin fețele laterale este proporțională cu cantitatea de iluminare cilindrică. Iluminarea cilindrică medie este înțeleasă ca iluminarea medie a suprafeței laterale a unui cilindru situat vertical. Este definit prin expresia:
unde β este unghiul de incidență a luminii de la o sursă punctiformă pe suprafața laterală a unui cilindru situat vertical.
Fluxul luminos Ф care cade pe elementul fotosensibil utilizat în FPU este o funcție de reflexie (ρ) și transmisie (τ) a materialului utilizat, iluminarea suprafeței plane (E p) și iluminarea cilindrică a feței laterale ( E c):
Este destul de dificil de descris analitic această relație din cauza dispersării în parametrii materialelor utilizate și a dimensiunilor geometrice ale elementelor care alcătuiesc FPU. La dezvoltarea și fabricarea unui FPU se găsește empiric combinația optimă de caracteristici (clasa sticlei de lapte, grosimea acesteia și înălțimea suprafeței laterale care iese deasupra corpului), oferind o eroare dată (1–2%), determinată de diferenţa dintre caracteristica spaţială obţinută şi cea teoretică.
În plus, atunci când se creează instrumente pentru măsurarea radiațiilor optice, este necesar să se rezolve problema aducerii caracteristicilor spectrale ale sensibilității unei fotodiode de siliciu la eficiența spectrală relativă a luminii V(λ), ale cărei valori tabulate sunt reglementate. prin hotărâri ale comisiei CIE și GOST 8.332.
Corecția spectrală a sensibilității fotodetectorului Sф(λ) la un anumit tip de S(λ) se realizează, de regulă, prin filtre de culoare. În acest caz, transmitanța T(λ) este determinată de relația:
Există două modalități principale de plasare a filtrelor corective în fața elementului fotosensibil (Fig. 4).
Orez. 4. Metode de aranjare a filtrelor corective de lumină: a) subtractive; b) subtractiv-aditiv (schema Dresler)
În primul caz, filtrele de culoare cu caracteristici spectrale adecvate sunt dispuse secvenţial unul după altul. Cu acest aranjament (Fig. 4a), radiația este filtrată secvenţial în fiecare filtru înainte de a ajunge la fotodetector.
O altă metodă de aranjare a filtrelor cu caracteristicile spectrale necesare este prezentată în Fig. 4b. În acest aranjament, numit design Dresler, unele filtre sunt plasate unul lângă celălalt. Diferite părți ale fluxului luminos sunt trecute diferit de filtre înainte ca fluxul să ajungă în zona de recepție a fotodetectorului. Curba de transmisie spectrală rezultată a combinației poate fi ajustată eficient prin modificarea dimensiunii relative a componentelor individuale. Filtrele de corecție realizate după acest principiu pot, cu un grad ridicat de precizie, să aducă sensibilitatea spectrală relativă a fotodetectorului mai aproape de valorile ideale ale lui V(λ) cu transmisie relativ mare la vârfurile curbelor. De obicei, în practică, în special și în calculul dispozitivelor luate în considerare, este utilizată prima metodă de aranjare a filtrelor de lumină datorită fabricabilității și ușurinței de calcul.
Să luăm în considerare un exemplu de aducere a caracteristicii spectrale a unei fotodiode de siliciu Sph(λ) la eficiența spectrală a luminii relativă V(λ) (Fig. 5).
Orez. 5. Tipul de curbe ale sensibilității spectrale a unei fotodiode de siliciu S(.) și o măsură dată V(.)
Caracteristica S(λ) este redusă la o curbă dată folosind un filtru de corecție, care poate fi compus din ochelari colorați (Fig. 6).
Orez. 6. Corectarea sensibilitatii spectrale a fotodetectorului folosind filtre de culoare
Transmitanța totală a filtrului de corecție se calculează prin formula:
unde i sunt numerele de pahare colorate care alcătuiesc filtrul de lumină, k i (λ) este indicele de absorbție al paharelor colorate cu un indice corespunzător numărului de pahare colorate, t i este grosimea paharelor colorate corespunzătoare.
Tipul de sticlă și cantitatea acesteia au fost selectate în mod semiempiric, pe baza disponibilității mărcilor produse și disponibile pentru utilizare. De exemplu, pentru regiunea vizibilă a spectrului, următorii ochelari colorați s-au dovedit a fi potriviti pentru corecție: SZS-21, SZS-22, SZS-23, ZhS-20, ZhZS-5, ZhZS-6, OS-5 . Din grupul de ochelari albastru-verde (GGS), a fost ales SZS-21, deoarece suprimă bine radiația în regiunea aproape IR a spectrului (760–1200 nm), unde se observă sensibilitatea maximă a fotodiodelor de siliciu (λ). max = 800–900 nm), selectat pentru corecție. Sticla portocalie OS-5 este interschimbabilă cu sticla ZhS-20, iar sticla galben-verde ZhZS-6 este interschimbabilă cu sticla ZhZS-5.
Alegerea mărcii și grosimii sticlei și calculul transmitanței spectrale a filtrului corector de lumină se realizează astfel încât la fiecare lungime de undă să fie îndeplinită condiția: τ(λ)= V(λ)/Sph(λ).
Îndeplinirea strictă a acestei condiții la toate lungimile de undă pentru ochelarii colorați în serie și fotodetectoarele este practic imposibilă. Va exista întotdeauna o abatere a curbei reale S(λ) = Sa(λ)..(λ) de la cea dată, care trebuie evaluată în funcție de scopul și metoda de calibrare a fotometrului, unde este un filtru corector. folosit.
Eroarea de corectare a fotodetectorului este evaluată folosind metoda elaborată de CIE (publicația nr. 53). Calculul erorii de corecție a capului fotometric f 1 (Z) se bazează pe diferența de răspuns la radiație a unui fotodetector ideal, a cărui valoare tabelată a sensibilității spectrale este cunoscută și a unui fotodetector real, distribuția spectrală relativă. dintre care diferă de cel la care s-a făcut calibrarea.
unde S(λ) este sensibilitatea spectrală relativă a fotodetectorului studiat; SV(λ) - sensibilitatea spectrală relativă a fotodetectorului de referință; Fa(λ) - distribuția spectrală relativă a sursei „A” la care se efectuează calibrarea; Ф i (λ) - caracteristicile spectrale relative ale surselor tabulate.
Instrumente pentru măsurarea radiațiilor optice
Luxmetrele de nouă generație „TKA-Lux” (Fig. 7) și „TKA-PKM-31” sunt în prezent cele mai populare și au caracteristici metrologice la nivelul instrumentelor de la cei mai buni producători de instrumente de măsură de lucru din lume. Intervalul de măsurare a luminii este de 10–200.000 lux cu o eroare de 6–8%.
Orez. 7. Aspectul luxmetrului TKA-Lux
„TKA-Lux/Etalon” este primul luxmetru rusesc ale cărui caracteristici metrologice îndeplinesc cerințele standardelor de lucru. Este conceput pentru a măsura iluminarea în regiunea vizibilă a spectrului 380–760 nm, creată de surse de radiații optice standard situate normal cu receptorul. Luxmetrul este destinat implementării practice a schemei de verificare de stat pentru mijloacele de măsurare a cantităților de lumină în conformitate cu GOST 8.023-2000. Acest dispozitiv, în ceea ce privește acuratețea reproducerii și transmiterii dimensiunilor unităților de intensitate luminoasă și iluminare, oferă metrice pentru instrumente de măsură de precizie și de lucru și se distinge prin stabilitate temporală și fiabilitate. Eroarea relativă de bază de măsurare a iluminării permisă de dispozitiv nu depășește 6,0%.
Luxmetrul combinat al dispozitivului + contorul de luminozitate „TKA-PKM” (02) este utilizat pentru a măsura iluminarea (în intervalul 10–200.000 de lux cu o eroare de 8%) și luminozitatea folosind o metodă de deasupra capului (în intervalul 10–200.000 lux, cu o eroare de 8%). 200.000 cd/m2 cu o eroare de 10%) obiecte extinse autoluminoase (Fig. 8).
Orez. 8. Aspectul aparatului “TKA-PKM” mod.0.2
Dispozitivul diferă de contoarele tradiționale de luminozitate prin absența elementelor optice (lentila, obiectiv) în design, ceea ce simplifică semnificativ designul și reduce costul dispozitivului, păstrând în același timp caracteristicile de precizie.
Pentru a determina de la distanță luminozitatea surselor extinse, a fost dezvoltat un dispozitiv ieftin pentru măsurarea luminozității ecranelor de film, contorul de luminozitate TKAYAR, care îndeplinește cerințele metrologice și tehnice moderne (Fig. 9), care este un dispozitiv portabil, de dimensiuni mici. cu putere autoalimentată, echipat cu o funcție de stocare a rezultatului măsurării (Hold). Țintirea obiectului măsurat se efectuează folosind o vizor laser.
Orez. 9. Aspectul contorului de luminozitate TKA-YAR
Pentru a simplifica designul dispozitivului, în designul optic a fost utilizată o lentilă nefocalabilă. Focalizarea nereglabilă la o anumită distanță constantă crește eficiența lucrului cu dispozitivul, deoarece una dintre operațiunile de lucru este eliminată. În acest caz, nu este necesară introducerea unor corecții la calibrare, deoarece citirile dispozitivului sunt proporționale cu luminozitatea obiectului, indiferent de distanță. Dispozitivul are următoarele caracteristici tehnice:
- unghi de vizualizare - 1,0–1,5°;
- domeniul de măsurare - 10,0–2000,0 cd/m2;
- corecție spectrală - 2,0%;
- eroare totală - 10,0%;
- distanța până la obiectul măsurat este de cel puțin 7,0 m.
Măsurarea factorului de ondulație al surselor de radiații
Emisia surselor de lumină atunci când este alimentată de la o rețea de curent alternativ (de obicei cu o frecvență de 50 Hz) este pulsatorie. Frecvența de pulsație este egală cu dublul frecvenței tensiunii de alimentare de 100 Hz. Ca criteriu de evaluare a adâncimii relative a fluctuațiilor de iluminare ca urmare a modificărilor în timp ale fluxului luminos al surselor de radiație atunci când sunt alimentate cu curent alternativ, se introduce coeficientul de pulsație a iluminării (Kp), exprimat prin formula:
unde Emax este valoarea maximă a amplitudinii componentei variabile a iluminării, Emin este valoarea minimă a acesteia, Eср este valoarea medie a iluminării (Fig. 10).
Orez. 10. Caracteristicile temporale ale iluminării pulsatorii
Orez. 11. Aspectul dispozitivului „TKA-PKM (08)”
Structural, dispozitivul este realizat sub forma a două blocuri: o parte fotoreceptivă (PPU) și o unitate de procesare a informațiilor. Unitatea de procesare a informațiilor conține un circuit electronic format dintr-un ADC (convertor analog-digital), un LCD (afișaj cu cristale lichide) și un procesor ADuC.
Dispozitivul funcționează după cum urmează. Semnalul de la FPU este transmis la un preamplificator, unde semnalul este amplificat și scalat simultan.
Semnalul amplificat este transmis la intrarea ADC pentru conversie în formă digitală. Semnalul digital de la ieșirea ADC este transmis la microprocesor pentru procesare ulterioară. Se efectuează o serie de măsurători cu o perioadă de 10 ms și se determină valorile maxime, minime și medii de iluminare.
Semnalul este procesat defazat cu perioadele de oscilație. În timpul procesului de măsurare, se analizează mai multe perioade și se face media valorilor rezultatelor probei. Rezultat - valorile maxime, minime și medii sunt determinate în unități de iluminare lux. După găsirea parametrilor semnalului folosind formula (8), se calculează valoarea coeficientului de ondulare.
Determinarea coeficientului de pulsație al surselor de radiații și al iluminării este efectuată de dispozitivul TKA-PKM (08), informațiile din acesta sunt procesate de un microprocesor. Acest contor de puls-lux are următoarele caracteristici tehnice:
Măsurarea fluxului luminos total
O caracteristică luminoasă importantă a radiației LED este fluxul luminos Ф (lm), definit ca integrala întregului flux de radiație conținut sub indicatorul de radiație spațială (Fig. 12).
Orez. 12. Distribuția spațială a intensității luminoase a lămpii
Trebuie remarcat faptul că indicatoarele de emisie ale LED-urilor (spre deosebire de lămpile incandescente) pot lua cele mai bizare forme. Această caracteristică ne-a ajutat foarte mult în alegerea modului de a construi un dispozitiv de măsurare.
Metode de măsurare a fluxului luminos total
Există două moduri semnificativ diferite de a măsura fluxul luminos total:
- metoda goniometrică;
- metoda „sferei de integrare”.
Metoda goniometrică
Metoda se bazează pe înregistrarea pas cu pas a valorilor intensității luminoase ale unui LED atunci când este rotit printr-un unghi cunoscut. Instrumentele utilizate în aceste scopuri sunt un goniometru cu rezoluție unghiulară suficientă și un cap fotometric cu un coeficient de conversie cunoscut. Reducerea erorii de măsurare și obținerea celei mai fiabile distribuții unghiulare este posibilă cu o valoare minimă a pasului a unghiului de rotație a LED-ului față de fotometru (sau invers). Instalațiile goniofotometrice moderne au un pas de câteva minute de arc. Totodată, se efectuează măsurători ale intensității luminii axiale și distribuția ei spațială.
Pe baza acestor date se calculează fluxul luminos. Obținerea fluxului luminos al unui LED Ф cu o distribuție spațială a intensității luminoase de formă arbitrară se determină folosind indicatoarele de radiație a unui număr mare de plane (nI v (Θ) la n→∞) și calculul ulterior al valorii medii Ф:
Procesul de măsurare a fluxului total de lumină prin metoda goniometrică este promițător în ceea ce privește acuratețea și conținutul de informații, dar necesită costuri serioase de materiale și timp.
Pentru a efectua rapid măsurători tehnologice simple ale fluxului total de lumină, am ales așa-numita metodă „sferei de integrare”, prezentată de M. M. Gurevich. În acesta, fluxul luminos necunoscut este comparat cu fluxul luminos precalculat al unei surse axisimetrice exemplare. Această metodă face posibilă măsurarea fluxului luminos al unei surse cu o distribuție arbitrară a radiației în ordinele de mărime din spațiul înconjurător mai rapid decât metoda goniometrică (Fig. 13).
Fig. 13. Măsurarea fluxului luminos folosind o minge fotometrică
Această comparație se face folosind o minge fotometrică, care are un diametru suficient de mare, este vopsită pe interior cu vopsea albă mată și împrăștie lumina în conformitate cu legea lui Lambert.
Teoria unei mingi fotometrice arată că fluxul de lumină împrăștiat de peretele său interior este distribuit foarte uniform peste ea. Prin urmare, dacă o sursă S este plasată în interiorul unei sfere goale, al cărei perete are același coeficient de reflexie ρ în toate punctele, emitând un flux luminos Ф, atunci fluxul ρФ reflectat de peretele mingii va crea aceeași iluminare la toate punctele
unde r este raza suprafeței mingii.
Fluxul luminos secundar reflectat ρ 2 Ф va fi din nou distribuit uniform pe peretele mingii, iar iluminarea suplimentară va fi:
Iluminarea totală (totală) la un anumit punct M de pe suprafața interioară a mingii poate fi calculată după cum urmează:
unde E și este iluminarea într-un anumit punct M cu incidența directă a luminii pe suprafața mingii. Evident, această valoare nu va fi aceeași în toate punctele, deoarece depinde atât de poziția sursei S în interiorul mingii, cât și de distribuția ei a luminii.
Cu toate acestea, dacă, folosind un mic ecran opac E (Fig. 13), plasat în interiorul mingii, o mică secțiune a peretelui în apropierea punctului M este protejată de lumina direct de la sursă, atunci iluminarea acestei secțiuni va fi după cum urmează:
unde α este un coeficient de proporționalitate care depinde numai de proprietățile mingii.
Prin urmare, dacă sursa de testare S cu un flux luminos Ф este înlocuită în interiorul bilei cu o sursă model S 0 cu un flux luminos cunoscut Ф 0, atunci este evident că iluminarea în punctul M va fi:
Sau, împărțind expresia (14) la (15), obținem:
Orez. 14. Opțiune de măsurare a fluxului luminos total al unui LED
Prin stabilirea raportului de iluminare într-un fel sau altul, putem determina fluxul luminos Ф al sursei care ne interesează.
Datorită faptului că radiația LED-urilor este direcțională și unghiul de radiație nu depășește 2. este posibilă simplificarea designului dispozitivului prin instalarea LED-urilor aflate în studiu în peretele mingii. Acest lucru reduce numărul de elemente structurale din interiorul mingii și, în consecință, dimensiunile geometrice ale acesteia. Mingea are două găuri. În spatele primei se află o fotodiodă cu sticlă lăptoasă și un set de filtre corectoare de lumină, iar în spatele celui de-al doilea se află LED-urile aflate în studiu (Fig. 14).
După ce am determinat răspunsul fotodiodei la radiații - de exemplu, fotocurenții care apar în circuitul de măsurare - găsim raportul i/i 0 și E/E 0, care pot fi considerate egale între ele, și calculăm fluxul luminos Ф conform expresiei (16).
Ca urmare a punerii în practică a metodei de mai sus, am primit un mijloc de lucru de măsurare a debitului total prezentat în Fig. 15. Eroarea la măsurarea fluxului luminos total al LED-urilor albe a fost de 7,0%, pentru LED-urile color - 10,0%.
Orez. 15. Apariția unui prototip al dispozitivului TKA-KK pentru măsurarea fluxului luminos total al unui LED emițător
Orez. 16. Dispozitiv fotodetector (PDU) al spectrocolorimetrului
Erorile suplimentare în corecția spectrală totală care apar datorită selectivității reflectivității sferei integratoare sunt pur și simplu eliminate prin filtre de corecție. Măsurătorile fluxului luminos total pot fi efectuate în câteva secunde de către operatorii de orice nivel de calificare (Figura 15).
Măsurarea caracteristicilor de culoare ale surselor de radiații optice
Conceptul general de construcție a dispozitivului
Dispozitivele NTP TKA LLC pentru determinarea caracteristicilor de culoare ale surselor (spectrocolorimetre) se bazează pe măsurarea compoziției spectrale a radiațiilor optice cu prelucrarea matematică ulterioară a rezultatelor.
Coordonatele de culoare ale surselor sunt determinate de valorile a trei integrale luate în spectrul vizibil:
unde Ф еλ (λ) este densitatea fluxului de radiație spectrală; x‾(λ),y‾(λ),z‾(λ) - coordonatele cromatice specifice.
Se calculează coordonatele cromaticității:
Dispozitivul fotodetector al spectrocolorimetrului este prezentat în Fig. 16.
Radiația de la sursa studiată, trecând prin separare pentru a forma o caracteristică spațială (1), intră în dispozitivul de dispersie. Dispozitivul este un policromator (2) cu înregistrarea radiației descompuse printr-o matrice de fotodiode (3). Intervalul spectral de operare este determinat de natura sarcinilor.
La determinarea temperaturii corelate a culorii, densitatea luminozității energiei spectrale M eλ (W m3) a unui corp negru absolut (BL) este determinată în conformitate cu legea lui Planck folosind formula:
Coordonatele de culoare ale corpului negru la o temperatură dată T sunt calculate folosind formulele (17). Apoi se aplică o tranziție de la sistemul de coordonate de culoare x, y al CIE 1931 la sistemul cu contrast mai egal u’, v’ al CIE 1976 conform următoarelor formule:
Aceeași recalculare a culorii se efectuează pentru sursa de radiație studiată. Apoi se determină o matrice de coordonate cromatice a corpului negru și o matrice de temperatură corespunzătoare.
Distanța minimă în spațiu u, v dintre punctul de cromaticitate al sursei studiate (u0', v0') și punctele de cromaticitate ale matricei de linii de corp negru (ui', vi') (Fig. 17) este determinată de: formulă:
Orez. 17. Linia corpului negru în sistemul de coordonate de culoare u’,v’
Apoi se compară matricea cromatică calculată și matricea temperaturii corpului negru și se determină temperatura sursei studiate Tj corespunzătoare unui anumit punct de cromaticitate (u j , v j ).
Spectrocolorimetrul TKA-VD dezvoltat este conceput pentru a determina compoziția spectrală a unei surse de radiații optice cu calculul ulterioar al coordonatelor de culoare în sistemul de coordonate selectat (Fig. 18). Designul optic al dispozitivului este un policromator pe o rețea de difracție cu înregistrarea radiației descompuse printr-o matrice de fotodiode. Intervalul spectral de funcționare al dispozitivului este (380–760) nm. Gama de liniaritate a semnalului atinge șase ordine de mărime. În funcție de configurația dispozitivului de intrare, dispozitivul funcționează atât în modul de luminozitate, cât și în modul de măsurare a iluminării. Rezoluția spectrală a dispozitivului nu depășește 3 nm.
Orez. 18. Aspectul spectrocolorimetrului TKA-VD
Concluzie
În concluzie, aș dori să notez următoarele. Un dispozitiv devine instrument de măsurare atunci când este asigurat metrologic. Uneori, efortul depus pentru metrologie este proporțional cu efortul depus pentru dezvoltarea dispozitivului în sine. NTP TKA LLC este dotată cu echipamente moderne, inclusiv unice, care asigură calibrarea și verificarea (prin Test St. Petersburg) în timpul producției de dispozitive din seria TKA. Pentru fiecare tip de instrument există un suport metrologic aprobat pentru măsurători și standarde de nivel adecvat, a cărui verificare de stat se efectuează anual în organizațiile autorizate ale Standardului de Stat al Federației Ruse. Specialiștii centrului oferă consultații cu privire la posibilitatea utilizării dispozitivelor pentru a rezolva probleme specifice și oferă recomandări cu privire la cea mai bună alegere dintre acestea. La instrucțiunile ministerelor, departamentelor și clienților individuali, se desfășoară activități de cercetare și dezvoltare, legate atât de dezvoltarea de noi tipuri de dispozitive, cât și de cercetarea impactului factorilor fizici asupra obiectelor materiale și de studiul schimbărilor care apar în legătură. cu asta.
Literatură
- www.ledcommunity.ru (Site-ul unei asociații de persoane al căror domeniu de activitate este legat de industria LED-urilor.)
- Sauter G., Lindemann M., Sperling A., Ono O. Photometry of LEDs // Ingineria iluminatului. 2004. Nr. 3.
- Nikiforov S. Laborator de măsurare pentru un studiu cuprinzător al caracteristicilor LED-urilor utilizate în sistemele de afișare a informațiilor // Componente și tehnologii. 2007. Nr. 7.
- Kruglov O.V., Kuzmin V.N., Tomsky K.A. Măsurarea fluxului luminos al LED-urilor // Ingineria iluminatului. 2009. Nr. 3.
- Sapozhnikov R. A. Fotometrie teoretică. L.: Energie. 1977.
- Gurevich M. M. Fotometrie (teorie, metode și instrumente). L.: Energoatomizdat. 1983.
16.1 Optimetre
Un optimometru este un dispozitiv optic cu pârghie conceput pentru măsurători relative precise ale mărimilor geometrice. Tipurile, parametrii principali și cerințele tehnice sunt stabilite în GOST 5405-75. Optimetrul constă dintr-un dispozitiv optic - un tub optimeter, un dispozitiv pentru atașarea tubului și o masă pentru baza piesei care se măsoară.
Designul optic al optimometrului se bazează pe utilizarea unei pârghii optice și a unui sistem de autocolimare. În fig. 71, a, b prezintă schema optic-mecanică a tubului optimometru. Lumina de la sursa de radiație 7 este direcționată de oglinda 8 pe marginea teșită a prismei de iluminare 9 și, după ce a fost reflectată din aceasta, luminează grila 6 situată în planul focal al lentilei autocolimatorului 4. Pe grila (Fig. 1, b) din dreapta într-o fereastră dreptunghiulară deschisă pe un fundal întunecat există o scară de ± 100 de diviziuni și o bară index de numărare. Scara este acoperită pe partea ocularului de prisma 9 și este decalată în raport cu axa la o anumită distanță b. După ce au trecut prin scară, razele intră într-o prismă dreptunghiulară 5 și sunt deviate cu 90° la ieșirea din ea (acest lucru se face pentru a reduce
modificarea dimensiunilor totale ale tubului). Apoi razele, împreună cu imaginea curselor scalei, trec prin lentila 4, iar din aceasta cad într-un fascicul paralel pe oglinda 3, sunt reflectate din aceasta și, în direcția opusă, dau o imagine de autocolimare a scării. pe grilă 6. Imaginea de autocolimare a scării este simetrică cu scala însăși pe axa verticală z a grilei. Deoarece jumătatea stângă a grilei este transparentă, imaginea la scară este observată sub formă de linii negre pe un fundal deschis. Dacă oglinda 3 este perpendiculară pe axa optică a lentilei, atunci liniile zero ale scalei și imaginea lor de autocolimație se vor alinia pe axa x orizontală a rețelei cu linia index.
Orez. 1. Schema optică a unui optimeter vertical
Mișcarea imaginii de autocolimare a scalei în raport cu indicatorul-index este numărată conform principiului unei pârghii optice. Dacă, după instalarea obiectului măsurat 1, tija de măsurare 2 se mișcă și înclină oglinda 3, atunci izo-
Mișcarea grilei se va deplasa paralel cu axa verticală a grilei (paralel cu grila reală). Această deplasare este observată în ocularul 10 al tubului optimeter. Optimometrul este furnizat cu un accesoriu de proiecție PN-16, care facilitează procesul de măsurare.
Orez. 2. Design optic al ultra-optimometrului OVE-2
Schema optică a ultra-optimometrului OVE-02, prezentată în Fig. 2 reprezintă o combinație între un circuit autocolimator și un circuit de reflexie multiplă. Raze de lumină de la sursa de radiație 1
prin condensatorul 2, filtrul termic 3, lentila 4 cade pe prisma de iluminare 5, se luminează o fereastră cu o scară transparentă imprimată pe o placă de sticlă plan-paralelă 15 situată în planul focal al lentilei 14. În câmpul vizual al ecranul dispozitivului, liniile alungite cu numere imprimate după zece mici sunt diviziuni vizibile. Scara are ±100 de diviziuni pe ambele părți (200 de divizii).
Razele de lumină ies din placa 15, sunt reflectate de oglinda 16, intră în lentila 14 și din aceasta, într-un flux paralel, împreună cu imaginea la scară, cad pe oglinda staționară 12 și sunt reflectate din aceasta. pe oglinda pivotantă 11. Aici apar reflexii multiple. În continuare, razele cu reflexie autocolimată a scalei revin la placa 15, pe care imaginea scării este proiectată în planul cursei index. Imaginile combinate ale scalei și ale liniei index sunt proiectate prin sistemul de oglindă 8, 9, 10 pe ecranul 13.
Focalizarea și centrarea lămpii 1 se efectuează de-a lungul filamentului său cu focalizarea de către lentila 6 și proiectarea imaginii sale clare pe ecranul 13 prin intermediul unui sistem de oglindă 8, 9, 10.
Mișcarea axială a tijei de măsurare 17 face ca oglinda să se încline la un anumit unghi a, drept urmare imaginea de autocolimare a scalei de pe ecran se va deplasa și în raport cu linia index fixă proporțional cu unghiul 2a. Pe oglinzile 12 și 11, care sunt multiplicatori optici, fasciculul de raze suferă unsprezece reflexii.
Pe baza locației liniilor de măsurare, optimeterele sunt împărțite în verticale și orizontale. Optimetrele verticale sunt mașini-unelte cu un dispozitiv de bază sub forma unui suport cu o axă verticală de locație. Optimetre orizontale - stan-
dispozitive cu furcă cu o axă orizontală a tubului optimometru.
Conform GOST 5405-75, optimeterele desktop sunt produse în următoarele tipuri: verticale (modele IK.V-2, IK.V-3); orizontală (modele IKG-2, IKG-3); ocular (modele IKV-2, IKG-2, IKG-3). Domeniu de măsurare a instrumentului: IK.V-2 de la 0 la 180 mm; IKV-3 de la 0 la 200 mm (numai pentru măsurători externe); IKG-2 și IKG-3 de la 0 la 500 mm pentru măsurători externe și de la 0 la 400 mm pentru măsurători interne. Valoarea diviziunii tubului Optimeter este de 1 micron; interval de măsurare la scară ±0,2 mm; limita de eroare admisă este de ±0,2 µm în secțiunile scalei de la 0 la ±0,06 mm. Intervalul de citire nu este mai mare de 1 micron. Forța de măsurare pentru măsurători externe nu este mai mare de 200 cN.
16.2 Mașini de măsurat
Mașinile de măsurat sunt dispozitive de contact optic-mecanice concepute pentru măsurarea precisă a pieselor mari prin măsurare directă sau comparare cu o măsură.
În proiectarea mașinilor, principiul Abbe nu este respectat, deoarece de obicei linia de măsurare și scara sunt situate în planuri paralele. Dacă s-ar folosi principiul lui Abbe, lungimea mașinii ar crește cu două lungimi ale piesei măsurate.
Designul mașinii de măsurat este prezentat în Fig. 3. Pe un cadru masiv din fontă 1, contrapunctul 3 se deplasează de-a lungul ghidajelor paralele cu un vârf de măsurare fixat în cana sa 6, a cărui mișcare axială este efectuată de roțile de mână cu microalimentare 2. Capul este deplasat longitudinal printr-un mecanism cu clichet. Iluminatorul 4 și colimatorul din stânga 15 cu o prismă de refracție 14 se deplasează împreună cu capul 10. Un microscop de citire 11 și un tub optimometru 9 cu vârfuri de măsurare sunt instalate în capul 10. Capul se deplasează cu 100 mm prin rotirea Volanului 12. În acest caz, capul este blocat în poziția dorită. Simultan cu capul, se mişcă şi colimatorul drept 15 cu o prismă de refracţie 14 ataşată la acesta.
Pentru a măsura dimensiunile în domeniul de măsurare, în cadru este instalată o scară decimetrică 7, în care sunt introduse nouă plăci de sticlă 8 cu bisectoare la fiecare 100 mm. Un cântar de sticlă de 13, 100 mm lungime, cu diviziuni la fiecare 0,1 mm, este instalat sub cap.
Orez. 3. Schema schematică a mașinii de măsurat
Pentru a seta mașina în poziția zero, contrapunctul este plasat deasupra plăcii bisectoare din stânga (zero), în timp ce
Axa optică a iluminatorului este situată deasupra ferestrei scalei bisectoare. Razele de lumină de la lampa 4 luminează bisectoarea prin condensatorul 5, trec prin prisma refractantă 14, iar colimatorul 15 le colectează într-un fascicul paralel. Deoarece bisectoarea se află în focarul colimatorului, se obține o imagine la infinit de distanță a bisectoarei într-un fascicul paralel. Apoi, această imagine intră în colimatorul din dreapta 15, trece prin prisma 14 și suprapune imaginea bisectoarei zero pe scara 13 situată la focarul colimatorului.Prin mișcarea capului 10, cursa zero se realizează să coincidă cu mijlocul bisectoarei. Apoi, folosind microșurubul 12, vârfurile de măsurare sunt aduse în contact unele cu altele și scara tubului optimometru este setată la zero. După aceasta, blocați șurubul penei.
La măsurare, capul este îndepărtat de suport, acesta din urmă este aliniat cu bisectoarea necesară a scării milimetrice. Piesa de măsurat este așezată pe linia de măsurare folosind o masă de testare sau suporturi fixe, capul este mișcat până când vârfurile de măsurare ale ambelor suporturi ating piesa măsurată. În acest caz, imaginea scării optimometrului nu trebuie să iasă din câmpul vizual al tubului optimometrului. Apoi, deplasând capul 10, combinați cele mai apropiate diviziuni ale scării 13 cu imaginea cursei bisectoarei și luați o citire. Numărul de decimetri este determinat de numărul plăcii scalei 13, luând o citire folosind un microscop 11 cu o precizie de 0,1 mm, iar sutimile și miimile de milimetru sunt determinate de scara tubului optimometru.
Mașinile de măsurat IZM-1, IZM-2, IZM-4 sunt produse cu domenii superioare de măsurare de 1, 2 și 4 m. Domeniul de măsurare al IZM-1 este de la 0 la 1000 mm pentru măsurători externe și de la 1 la 900 mm pentru măsurători interne; IZM-2 de la 0 la 2000 mm pentru măsurători externe și de la 1 la 1900 pentru măsurători interne; IZM-4 de la 0 la 4000 mm pentru măsurători externe și de la 1 la 3900 pentru măsurători interne. Valoarea diviziunii este de 1 micron. Eroarea admisă a bisectoarei scalei ± (0,3 + 9-10 ~ 3 £) microni, scale cu dispozitiv de citire c = = 0,1 mm ± (0,7 + 1,5-10 -3 L), unde L este dimensiunea nominală, mm.
Componentele erorii de măsurare la mașinile de măsurat sunt similare cu erorile unui optimometru. Cu toate acestea, componenta de temperatură este importantă pentru mașini. Erorile maxime de măsurători prin metoda evaluării directe a dimensiunilor exterioare de 1-500 mm variază de la ±1 la ±6 µm, iar atunci când sunt măsurate prin metoda de comparație - de la ±1 la ±2 µm; dimensiuni interioare 13-500 mm în comparație cu blocuri de calibre de la ± 1,5 la ± 9 µm.
16.3 Calibre de lungime
Calibrele de lungime sunt dispozitive optic-mecanice de tip contact în care scara este combinată cu linia de măsurare (folosirea deplină a principiului Abbe).
Orez. 4. Proiectarea optică a contorului de lungime verticală IZV-2
Diagrama schematică a ecartamentului de lungime verticală IZV-2 este prezentată în Fig. 4. Tija de măsurare 4 are o fereastră longitudinală în care se introduce o scală de sticlă 5, având 100 de diviziuni la intervale de 1 mm. Scara 5 este iluminată de o sursă de lumină 1 printr-un filtru de lumină 2 și un condensator 3. Imaginea scării milimetrice de către lentila 11 este proiectată în planul grilelor 7 și 8 ale ocularului 6 al micrometrului spiralat. Prismele 9 și 10 deviază fasciculul de raze care iese din lentilă cu 45°.
Orez. 5. Proiectarea optică a contorului de lungime de proiecție verticală IZV-3
Indicatorul de lungime de proiecție verticală IZV-3 (Fig. 5) diferă de indicatorul de lungime IZV-2 prin faptul că, în loc de un micrometru pentru ocular, se folosește un dispozitiv de proiecție de citire cu un micrometru optic. Lumina de la lampă / trece prin condensatorul 2, filtrul de lumină 3, lentilele de iluminare 4 și cade pe oglinda reflectorizantă 5, luminează o secțiune a scării milimetrice 6 care se deplasează împreună cu tija de măsurare 7. Imaginea acestei secțiuni a scalei prin lentila 8 prin sistemul de prisme 9, lentilele 10 si o placa plan-paralela // proiectata pe o grila fixa 13 (scara de zecimi de milimetru cu index). Cadranul 12 are o scară de miimi de milimetru. Limbul și reticulul sunt situate în planul focal al lentilei 16. Imaginea mișcărilor milimetrice, zecimi și miimi de milimetru, precum și indicele sunt proiectate de lentila colectivă 14, lentila 16 și sistemul de oglindă 15, 17, 18 pe ecran 19.
Folosind un gabarit de lungime, se efectuează măsurători absolute ale blocurilor de gabarit, diametrelor de gabarit limită netede și părți ale corpului cu planuri de înălțime. Când se folosesc dispozitive de măsurare a unghiului de dimensiuni mici, acestea pot măsura profilele camelor cu disc de dimensiuni mici.
TZGT7-L7 P -------~~«tt l „ p *^tgl VO
Orez. 6. Schema ecartamentului de lungime orizontal IK.U-2
Diagrama schematică a ecartamentului de lungime IKU-2 este prezentată în Fig. 6. Pe ghidajele cadrului / există un cap de măsurare 6, în care pe linia de măsurare (în conformitate cu principiul Abbe)
este instalată o pină de măsurare 23. La capătul drept al penei este atașată o scară milimetrică 9 cu lungimea de 100 mm, iar la capătul stâng este atașat un tub optimeter. În acest caz, tija sa de măsurare 4 se poate deplasa în raport cu pană 23 și poate roti oglinda 5 a tubului optimeter. Mișcarea brută a tijei de măsurare este efectuată de un volan de 13, iar mișcarea precisă cu un microșurub de 10. Un ecran și un sistem de iluminare sunt instalate în partea superioară. Lumina care vine de la lampa 8 este împărțită în două fascicule. Primul fascicul este refractat de prisma 7, luminează o secțiune a scării milimetrice și proiectează imaginea la scară prin lentila 11 în planul unei bisectoare fixe 12 cu o valoare a diviziunii de 0,1 mm și o lungime totală de 1 mm. Imaginile combinate ale liniilor de scară 9, 12 sunt proiectate de lentila 14 pe secțiunea 15 a ecranului 17. Al doilea fascicul este refractat în prisma 7 și direcționat către cubul de separare, unde, reflectat de fața translucidă, cade. pe oglinda de iluminat 20. Apoi, scala optimeter 21 trece şi imaginea sa de către lentila 22 este proiectată pe oglinda 5 a tubului optimeter. Imaginea de autocolimare a scării optimeterului revine la fața translucidă a cubului 19, trece prin aceasta și, după ce a fost reflectată de oglinda 20, este îndreptată de lentila 18 către secțiunea 16 a scării optimeterului ecranului 17. Partea se instalează pe treapta obiect 24 și se palpează cu vârfurile de măsurare 2, 3. Astfel, în capul de măsurare se adună două mișcări independente - știftul de măsurare 23 împreună cu scara milimetrică 9 în 100 mm și tija de măsurare 4 a optimometrului. tub în limita a 100 de microni. Aceste mișcări sunt înregistrate pe ecran pe scalele 15, 16.
Capul de măsurare 6 împreună cu vârful de măsurare 3 și volanul 13 sunt aduse la piesa măsurată. Folosind un microșurub 10, știftul de măsurare 23 este deplasat împreună cu scara 9 până când scara milimetrică se aliniază cu cursa bisectoarei cea mai apropiată a scalei fixe de zecimi de milimetru. Citirea se face pe scara 15, adunându-se sau scăzând din aceasta citirea pe scara 16 a tubului optimometru.
Principalele tipuri și caracteristicile tehnice ale calibrelor de lungime verticală și orizontală sunt date în GOST 14028-68.
Sunt utilizate următoarele tipuri de calibre de lungime verticală și orizontală: vertical IZV-1, IZV-2, ecran IZV-3 cu un interval de indicare de 100 mm, un interval de măsurare de O-250 mm și o citire de 0,001 mm; IKU-2 orizontal cu un interval de indicare de 100 mm, un interval de măsurare de 500 mm și, respectiv, de la 1 la 400 mm, pentru dimensiunile exterioare și interioare și o citire de 0,001 mm.
Principalele avantaje ale acestor calibre de lungime sunt precizia crescută a măsurătorilor (de 3 ori), productivitatea crescută (de 2 ori), facilitarea controlului manual și semi-automat al procesului de măsurare, măsurători absolute cu precizie ridicată și măsurători relative din valoarea certificată a măsură standard cu afișare a rezultatului măsurării pe un afișaj digital și dispozitiv de imprimare digitală.
Principalele caracteristici tehnice ale gabaritului vertical de lungime cu citire digitală IZV-4 sunt următoarele: limita de măsurare O-160 mm; rezoluție de citire 0,2 µm; eroarea principală a dispozitivului este ± (0,4 + L/500) 10 3 mm, unde L este lungimea măsurată în mm.
Indicatorul de lungime orizontal cu citire digitală IZG-4 are următoarele caracteristici principale: limitele pentru măsurarea dimensiunilor exterioare sunt 0-500 mm, cele interne - 10-400 mm; rezoluție de citire 0,2 µm; eroare principală ± (0,3-M0~ 3 L) mm, unde L este lungimea măsurată în mm.
Limita de eroare admisă a gabaritului de lungime este standardizată în funcție de dimensiunea nominală L și de tipul dispozitivului: pentru verticală ±(1,4 + L/100) µm (IZV-1); ±(1,4 + 1/140) µm (IZV-2)"; pentru orizontală ± (1,4 + L/100) µm (IKU-2) - pentru măsurători externe și ± (1,9 + L/140) µm cu modificări interne
reniyah. Intervalul de citire nu este mai mare de 0,4 microni, forța de măsurare este de 200 cN.
Componentele principale ale erorii de măsurare folosind calibre de lungime sunt: eroarea de citire cu un microscop spiral - nu mai mult de 0,001 mm pentru măsurători duble: eroare de citire cu un micrometru optic - nu mai mult de 0,001 mm; erori în diferența de forță de măsurare datorate deformațiilor de temperatură.
Erorile maxime de măsurare folosind calibre de lungime variază de la 1,5 la 2,5 microni, în funcție de condițiile de utilizare.
Verificarea gabariturilor de lungime este reglementată de GOST 8.114-74 și MU-Nr 341. În timpul verificării, sunt utilizate blocuri de gabarit de categoria a 4-a. Având în vedere utilizarea blocurilor de ecartament mare, trebuie acordată o atenție deosebită egalizării temperaturii acestora. Pentru a face acest lucru, de obicei, blocurile de capăt sunt plasate pe o placă metalică de blocuri de blocuri de capăt timp de 1-2 ore sau mai mult, cu o lungime de până la 100 mm și, respectiv, 100-250 mm.
16.4 Catetometre
Catetometrele sunt dispozitive pentru măsurarea de la distanță fără contact a coordonatelor verticale și orizontale ale produselor în locuri greu accesibile, care sunt greu de măsurat folosind metode convenționale.
Catetometrul (Fig. 7, a) este format din următoarele părți principale: un dispozitiv de vizualizare - un telescop 3, deplasat de-a lungul ghidajelor 1, un dispozitiv 4 pentru instalarea telescopului în poziție orizontală (nivel sau autocolimator), o scară 5 și un dispozitiv de citire 2 (microscop, vernier, lupă). În fig. 7, b prezintă schema optică a catetometrului KM-6, constând dintr-un telescop și un microscop de citire cu sistem de iluminare. Telescopul include o lentilă 10 cu lentile atașate 8, un filtru de lumină 9, o lentilă de focalizare 11, o grilă 13 și un ocular 15. Microscopul de referință include o microlentiță 2, o prismă cub 3, o grilă de scară 12 și un ocular 14. .
Partea de iluminare a microscopului, concepută pentru a ilumina scara 1, constă dintr-o lampă 7, un condensator 6, un filtru de lumină 5 și o oglindă 4.
Într-un microscop de citire, razele de lumină de la lampa 7 trec prin condensatorul 6, filtrul de lumină 5, sunt reflectate de oglinda 4, trec prin prisma cubului 3 și prin microlentila 2 intră în suprafața reflectorizante a scării milimetrice 1; apoi sunt reflectate din el și în sens opus trec microlentila 2, prisma cub 3, „Și imaginea liniei este proiectată pe grila de scară 12. Imaginea combinată a liniei și a grilei de scară este observată în ocularul 14. .La măsurarea coordonatelor cu un catetometru, distanța de la obiectul de măsurat la lentilă este determinată aproximativ telescop.Setați axa coloanei pe o poziție verticală în funcție de nivel.Ridicați căruciorul de măsurare la înălțimea punctului selectat al obiect și, folosind un vizor mecanic, aliniați aproximativ telescopul. Îndreptați ocularul telescopului către o imagine clară a obiectului. Îndreptați telescopul către punctul selectat a al obiectului, astfel încât imaginea acestuia să fie situată în jumătatea dreaptă a grilei în mijlocul bisectoarei colțului la nivelul liniei orizontale.Se face prima citire pe grila scalei.După mutarea căruciorului de măsurare în poziția celui de-al doilea punct b, se face a doua citire.Dimensiunea segmentului măsurat este diferența dintre cele două citiri.
Orez. 7. Catetometru
În conformitate cu GOST 19719-74, catetometrele sunt fabricate de două tipuri: B - verticală pentru măsurarea coordonatelor verticale; U - universal cu un dispozitiv pentru măsurarea coordonatelor orizontale.
Catetometrele verticale cu o singură axă KM-6, KM-8, KM-9 au limite de măsurare de 0-200, 0-500 și 0-1000 mm și erorile dispozitivului de citire de ±1,5; ±2 și, respectiv, ±2 µm.
Catetometrul universal bidimensional KM-7 are limita de masurare de 300X300 mm; eroare dispozitiv de citire ±2 µm; catetometrul modernizat cu trei coordonate KM-9 are o limită de măsurare de 1000 mm; eroare dispozitiv de citire ±2 µm.
Limitele de eroare admisă ale catetometrelor atunci când se măsoară pe scale standard din categoria a 2-a nu trebuie să depășească ±(10 + L/100) µm pentru intervalele de măsurare pe scale 40-320 mm și ±(10 + L/50) µm - pe scale 500-1250 mm, unde L este distanța de la capătul frontal al lentilei telescopului până la obiectul de măsurat.
La măsurarea coordonatelor cu catetometre, apar erori din cauza încălcării principiului comparației, inexactității în fabricarea elementelor structurale individuale, erori în instalarea marcajelor țintă pe produs și erori de temperatură.
16.5 Sferometre
Sferometrele sunt dispozitive concepute pentru a măsura razele de curbură ale suprafețelor sferice prin măsurarea indirectă a înălțimii segmentului sferic. Diagrama schematică a sferometrului SSO (IZS-7) este prezentată în Fig. 8, a. Un inel de măsurare înlocuibil 1 este instalat în partea superioară a corpului sub formă de sticlă 4, la capătul căruia trei bile 10 sunt presate la un unghi de 120° pentru baza piesei care se măsoară. În interiorul carcasei, o tijă de măsurare 9 cu o bilă de contact la capătul superior se poate deplasa de-a lungul unor ghidaje precise. O scară milimetrică de sticlă 6 este atașată de canelura longitudinală a tijei, iluminată de fluxul luminos al iluminatorului 2 reflectat de oglinda 3. Imaginea scării milimetrice este proiectată de microlentila 7 în planul scărilor micrometru ocular spiral 8. Contragreutatea 5 asigură ridicarea tijei de măsurare până când mingea vine în contact (cu o anumită forță) cu sferele de suprafață.
Când se măsoară razele de curbură ale suprafețelor convexe, acestea din urmă se sprijină pe suprafața interioară a inelului, iar suprafețele concave - pe suprafața exterioară a inelului, adică în punctele Ki, Kg (Fig. 8, b).
Orez. 8. Sferometru SSO (IZS-7)
La măsurare, pe inel se pune o placă de sticlă de probă și se face prima citire; După așezarea piesei de măsurat pe inel, se face o a doua citire. Diferența de citiri este înălțimea segmentului sferic.
Raza de curbură a suprafețelor sferice /? 4 și R z sunt determinate prin formulele: pentru o sferă convexă Ri - r 2 + h 2 /2h- q; pentru o sferă concavă Rz=r 2 + h 2 j2h + Q.
GOST 11194-76 prevede producerea de sferometre cu contact inel de următoarele tipuri: SSO (IZS-7) - staționar cu un dispozitiv de citire optic cu instalarea piesei pe dispozitiv; SNO (IZS-8) - factura cu dispozitiv de citire optic cu instalarea dispozitivului pe piesa; SNM (IZS-9) este un dispozitiv mecanic, care măsoară prin comparație cu un bloc de măsurare.
Gama de măsurare a razelor pe sferometrele SSO, SNO, SNM este de la 10 la 40.000 mm: gama de scară a sferometrelor SSO, SNO este de la 0 la 30 mm, iar SNM este de la 0 la 100 mm; valoarea diviziunii 1,0 mm; Diviziunea la scară a dispozitivului de citire este de 0,001 mm.
16.6 Microscoape instrumentale și universale
Microscoapele instrumentale și universale sunt dispozitive de măsurare optic-mecanice cu o largă aplicație. Ele sunt utilizate în laboratoarele de metrologie ale fabricilor de mașini pentru a măsura mărimi geometrice liniare și unghiulare.
Orez. 9. Schema optică a unui microscop instrumental
Microscoapele de măsurare instrumentale sunt concepute pentru a măsura dimensiunile geometrice externe și interne, unghiurile produselor pe un cap și o masă de goniometru, freze, freze, came, șabloane și alte părți în lumină transmisă și reflectată.
Diagrama optică a unui microscop instrumental mare (LMI) este prezentată în Fig. 9. Lumina de la lampa 1 trece prin condensatorul paraboloid 2, lentila 3, filtrul de lumină 4, diafragma irisului 5, este reflectată de oglinda 6 și este direcționată în lentilă. cu direcția schimbată de 90° 7, iar din acesta un fascicul paralel luminează obiectul măsurat situat pe masa de obiecte 8 sau în centrele capului Lentila 9 proiectează imaginea obiectului în planul focal al ocularului 14 , unde este instalată grila capului ocularului goniometric 13. În planul focal posterior al lentilei se află o diafragmă 10, conjugată cu o diafragmă iris, rezultând o cale a fasciculului telecentric.
Prisma 11 oferă o imagine directă și schimbă direcția axei optice într-o direcție convenabilă pentru observator. Sticla de protecție 12 protejează părțile optice de contaminare la schimbarea capului ocularului.
Diagrama prezintă un cap de goniometru format dintr-un ocular 14, un cadran de sticlă 18 cu o scară de la 0 la 360° cu o valoare a diviziunii de 1°, o grilă 13, care se poate roti cu cadranul; un microscop de citire cu o lentilă 17, un ocular 15 cu o grilă 16, un dispozitiv de iluminare 20 și un filtru de lumină 19.
În capul ocularului se observă o imagine a conturului obiectului și un reticulul. Simetric față de linia întreruptă diametrală, în dreapta și stânga se aplică două linii întrerupte paralele la o distanță de 0,3 și 0,9 mm, corespunzătoare poziției marcajelor de la marginea cuțitelor de măsurare atunci când acestea sunt în contact cu suprafața măsurată. a piesei. La țintire, semnele corespunzătoare ale cuțitului și ale plasei sunt combinate, ceea ce crește semnificativ precizia măsurării.