Принцип действия индикаторов

Техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия какой-либо физической величины или превышения уровня её порогового значения.

Пример. Индикатором наличия (или отсутствия) измерительного сигнала может служить осциллограф. Индикатор близости к нулю сигнала называют нулевым или нуль-индикатором. При химических реакциях в качестве индикатора применяют лакмусовую бумагу и какие-либо вещества. В области измерений ионизирующих излучений индикатор часто дает световой и (или) звуковой сигнал о превышении уровнем радиации его порогового значения.

Поскольку на практике необходимо измерять свойства общие в качественном отношении многим объектам или явлениям, эти свойства без участия органов чувств человека должны быть каким-то образом обнаружены, в чем-то должны проявиться. Технические устройства, предназначенные для обнаружения (индикации) физических свойств называют индикаторами. Например, стрелка магнитного компаса – индикатор направления силовых линий магнитного поля; осветительная электрическая лампочка – индикатор наличия электрического напряжения в сети; лакмусовая бумага – индикатор активности ионов водорода в растворах.

С помощью индикаторов устанавливается наличие измеряемой физической величины и регистрируется изменение ее значения. В этом отношении индикаторы играют роль человеческих чувств, а также значительно расширяют их возможности. Человек слышит в диапазоне 16…20000 Гц, в то время как техническими средствами обнаруживаются звуковые колебания от инфранизких (доли герца) до ультравысоких частот. Видят люди в узком оптическом диапазоне электромагнитных волн, а инструментально регистрируются электромагнитные колебания от сверхнизкочастотных радиоволн до жесткого гамма-излучения с частотой порядка 1022 Гц. В то же время еще не создано устройств, которые могли бы соперничать с обонянием человека или животных.

Так как индикаторы должны обнаруживать проявления внешнего мира, важнейшей их технической характеристикой является порог обнаружения (чувствительности). Чем меньше порог – тем более слабые проявления свойства регистрируются индикатором. Современные индикаторы имеют очень низкий порог обнаружения, лежащий на уровне фоновых помех и собственных шумов аппаратуры. Последние имеют тепловую природу, поэтому для снижения порога чувствительные элементы и электронные узлы особо чувствительных индикаторов охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю.

Индикаторы являются средствами измерения по шкале порядка. Для измерения по шкале отношений необходимо сравнивать неизвестный размер с известным и выразить первый через второй в кратном или дольном отношении. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется в сравнении. Так измеряют длину – линейкой, плоский угол – транспортиром, электрическое сопротивление – с помощью магазина сопротивлений. Если же нет физической величины известного размера, то сравнивается реакция прибора на воздействие измеряемой величины. Так измеряют: силу электрического тока – амперметром, давление – манометром, термодинамичекую температуру – термометром. При этом предполагается, что соотношение между откликами такое же, как и между сравниваемыми размерами. Для облегчения сравнения отклик на известное воздействие фиксируют на шкале прибора еще на стадии его изготовления, после чего разбивают шкалу на деления в кратном и дольном отношении. Эта процедура называется градуировкой шкалы.