Strumenti di misurazione fisica

Sebbene gli organi sensoriali del corpo umano siano estremamente sensibili e reattivi, la scienza e la tecnologia moderne si affidano allo sviluppo di strumenti molto più precisi per misurare le grandezze fisiche. È necessario per lo studio, il monitoraggio e il controllo di tutti i tipi di fenomeni naturali.

Primi strumenti di misura

I primi strumenti fisici usati nell'astronomia e nella navigazione. Per esempio sfera armillare - il più vecchio strumento astronomico conosciuto. Era una palla, i cui anelli raffiguravano i cerchi più importanti della sfera celeste.

Gli antichi greci lo modificarono per creare un astrolabio, che determina il tempo o la lunghezza del giorno e della notte, nonché per misurare l'altezza solare e lunare.

Bussola - il primo strumento per la ricerca della direzione, che non si riferiva alle stelle, ebbe un sorprendente successo tra gli strumenti dell'XI secolo.

Il telescopio fu inventato nel 1608 dall'ottica olandese Johann Lippersgey e fu ampiamente utilizzato da Galileo.

Il primo sistema di controllo strumentale era relè termico e un forno termostatico sviluppato dall'inventore olandese Cornelius Drebelbel (1572-1634), in cui il termometro controllava la temperatura del forno con un sistema di aste e leve.

I dispositivi per misurare e regolare la pressione del vapore all'interno della caldaia sono comparsi all'incirca nello stesso tempo. Nel 1788, Scot James Watt inventò un regolatore centrifugo per mantenere una data velocità di un motore a vapore.

Elettricità e apparecchi fisici

sviluppo strumenti di misura muoversi veloce nel tempo rivoluzione industriale Secoli XVIII e XIX, in particolare nel campo della misurazione dell'elettricità. I processi produttivi del tempo richiedevano strumenti fisici in grado di raggiungere nuovi standard di precisione lineare. Ciò è stato parzialmente ottenuto con un micrometro, i cui modelli speciali hanno raggiunto una precisione di 0,000025 mm (0,000001 pollici).

L'uso industriale dell'elettricità richiedeva strumenti per misurare corrente, tensione e resistenza. I metodi analitici che utilizzano strumenti come un microscopio sono diventati più importanti. Ad esempio, lo spettroscopio analizza la lunghezza d'onda della luce da lampade ad incandescenza. E 'stato anche usato per determinare la composizione di sostanze chimiche e stelle.

Una rivoluzione nelle tecniche di strumentazione

Nel 20 ° secolo, la crescita dell'industria moderna, l'introduzione dell'informatizzazione e l'emergere della ricerca spaziale hanno stimolato l'ulteriore sviluppo di strumenti fisici, in particolare dispositivi elettronici. Spesso un trasduttore, cioè uno strumento che cambia energia da una forma all'altra (ad esempio una fotocellula, una termocoppia o un microfono), viene utilizzato per convertire un campione di energia misurata in impulsi elettrici.

L'introduzione di un computer elettronico negli anni '50 con la sua capacità di elaborare e archiviare informazioni ha rivoluzionato i metodi di creazione di strumenti, poiché consentiva di confrontare e analizzare grandi quantità di informazioni contemporaneamente. I sistemi di feedback sono stati migliorati in quanto i dati provenienti dalle fasi di monitoraggio dei dispositivi sono stati immediatamente valutati e utilizzati per impostare i parametri che influenzano il processo. I sistemi di feedback sono fondamentali per il funzionamento dei processi automatizzati.

Esempi di dispositivi fisici moderni

Gli strumenti sono usati per misurare le proprietà fisiche delle sostanze, come la torbidità o la quantità di particelle solide in una soluzione. I processi di purificazione e raffinazione dell'acqua sono controllati da un torbidimetro, che misura quanta luce di una determinata lunghezza d'onda viene assorbita dalla soluzione. La densità di una sostanza liquida è determinata da un idrometro, che determina la galleggiabilità di un oggetto con un volume noto immerso nel liquido misurato. La portata di una sostanza viene misurata da un misuratore di turbina, in cui vengono calcolate le spire di una turbina rotante immersi in un liquido e la viscosità di un liquido viene misurata con un numero di metodi, compresa la quantità di smorzamento delle oscillazioni della lama d'acciaio.

Gli strumenti fisici includono anche dispositivi per trasmettere segnali su lunghe distanze. Tutti i sistemi di misurazione (anche altamente automatizzati) includono alcuni metodi per visualizzare un segnale ad un osservatore. I sistemi di visualizzazione visiva possono contenere un grafico calibrato e un puntatore, un display incorporato su un tubo a raggi catodici o un display digitale.

Errori di misura

La precisione dei dispositivi di misurazione è influenzata da numerosi fattori esterni e interni. Tra i primi ci sono il rumore e le interferenze che mascherano o distorcono il segnale di misurazione. I fattori interni includono linearità, risoluzione e accuratezza specifiche per una particolare unità di quantità fisica o dispositivo fisico. Pertanto, per qualsiasi misurazione dovrebbe essere compreso che non esiste uno strumento esatto assoluto. Per questo motivo, non ci sono difficoltà a risolvere la maggior parte dei compiti, dal momento che le deviazioni a un centesimo di percentuale sono insignificanti.