методи вимірювань

ЩЕ МАТЕРІАЛИ ПО ТЕМІ:

Метод вимірювання являє собою прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваної величини з її одиницею відповідно до реалізованим принципом вимірювань. Під принципом вимірювань розуміють фізичні ефекти (явища), покладені в основу вимірювань. Наприклад, вимірювання температури з використанням термоелектричного ефекту. Метод вимірювань звичайно обумовлений пристроєм засобів вимірювань.

Мал. 1.4. Класифікація методів вимірювань

Найбільш поширений метод безпосередньої оцінки. Його суть полягає в тому, що значення вимірюваної величини визначають безпосередньо по відліковий пристрій вимірювального приладу, наприклад вимір напруги вольтметром, зважування вантажу на пружинних вагах (рис. 1.5). При цьому масу вантажу Х визначають на основі вимірювального перетворення за значенням деформації d пружини.

Мал. 1.5. Схема вимірювання методом безпосередньої оцінки

Вимірювання за допомогою методу безпосередньої оцінки, як правило, прості і не вимагають високої кваліфікації оператора, оскільки не потрібно створювати спеціальні вимірювальні установки і виконувати будь-які складні обчислення. Однак точність вимірювань найчастіше виявляється невисокою через вплив впливають величин і необхідності градуювання шкал приладів.

Найбільш численною групою приладів, що служать для вимірювання методом безпосередньої оцінки, є що показують (в т.ч. стрілочні прилади). До них відносять манометри, динамометри, барометри, амперметри, вольтметри, ватметри, витратоміри, рідинні термометри і багато інших. Вимірювання за допомогою інтегруючого приладу-лічильника або самописного приладу також відносять до методу безпосередньої оцінки.

При проведенні більш точних вимірювань перевагу віддають методу порівняння з мірою. при якому вимірювану величину знаходять порівнянням з величиною, що відтворюється мірою. Відмінною особливістю цього методу є безпосередня участь заходи в процесі вимірювання.

Методи порівняння в залежності від наявності або відсутності при порівнянні різниці між вимірюваною величиною і величиною, що відтворюється мірою, підрозділяють на нульовий і диференційний. В обох з цих методів розрізняють методи протиставлення, заміщення і збіги.

Нульовий метод вимірів - це метод порівняння з мірою, в якому результуючий ефект впливу вимірюваної величини і заходи на прилад порівняння доводять до нуля. У цьому випадку значення вимірюваної величини приймається рівним значенню міри. Збіг значень вимірюваної величини і заходи відзначають за допомогою нульового покажчика (нуль-індикатора). Приклади нульового методу вимірювання: зважування на рівноплечого вагах; вимір опору, індуктивності і ємності за допомогою врівноваженого моста; вимір температури в пірометра із застосуванням зразковою лампи розжарювання (відповідно ваги, гальванометр і очей людини - це нульові покажчики).

Диференціальний метод вимірів (його також називають різницевим) - це метод порівняння з мірою, при якому вимірювана величина порівнюється з заходом, і при цьому вимірюється різниця між цими двома величинами. Міра повинна мати значення, незначно відрізняється від значення вимірюваної величини. Приклад диференціального методу: вимірювання довжини деталі по різниці між вимірюваної довжиною і кінцевий мірою довжини (в області лінійних і кутових вимірів цей метод називають відносним); вимір опору, індуктивності і ємності за допомогою неврівноваженого моста; зважування на нерівноплечних вагах. Застосування нульового покажчика в даному методі не потрібно.

Метод протиставлення полягає в тому, що вимірювана величина і величина, відтворена мірою, одночасно впливають на прилад порівняння, за допомогою якого встановлюється співвідношення між цими величинами. Прикладом нульового методу протиставлення є зважування вантажу Х на рівноплечого вагах (рис. 1.6, а), коли вимірювана маса вантажу Х дорівнює масі гир, її врівноважують. Стан рівноваги визначають по положенню покажчика нуль-індикатора (він повинен знаходитися на нульовій позначці). При зважуванні вантажу в разі диференціального методу протиставлення маса вантажу Х врівноважується масою гирі і силою пружної деформації пружини (рис. 1.6, б), значення якої відраховують за шкалою приладу. Масу вантажу визначають як суму маси гирі і показань, відрахованих за шкалою.

Мал. 1.6. Схема вимірювання методом порівняння з мірою: а - нульовий, б - диференційний

Метод протиставлення широко використовують для вимірювання різних фізичних величин. Як правило, він забезпечує більшу точність вимірювання, ніж метод безпосередньої оцінки, за рахунок зменшення впливу на результат вимірювання похибки засобу вимірювання і впливають величин.

До різновидів методу порівняння з мірою відноситься і метод заміщення. широко застосовуваний в практиці точних метрологічних досліджень. Суть методу в тому, що вимірюється величину заміщують мірою з відомим значенням величини, тобто вимірювана величина і міра послідовно впливають на вимірювальний прилад. У нульовому методі проводять повне заміщення вимірюваної величини мірою, і результат вимірювання приймається рівним значенню міри. У диференціальної методі не вдається провести повне заміщення і для отримання значення вимірюваної величини до значення заходи слід додати величину, на яку змінилася показання приладу.

Внаслідок того, що вимірювана величина і міра включаються одна за одною в одну і ту ж частину вимірювального ланцюга приладу, точність вимірювань значно підвищується в порівнянні з вимірами, проведеними за допомогою інших різновидів методу порівняння, де асиметрія ланцюгів, в які включаються порівнювані величини, призводить до виникнення систематичних похибок. Метод заміщення часто застосовується при електричних вимірюваннях за допомогою мостів змінного струму.

Метод збігів є різновидом методу порівняння з мірою, в якому різниця між вимірюваною величиною і величиною, що відтворюється мірою, вимірюють, використовуючи збіг оцінок шкал або періодичних сигналів. За принципом методу збігів побудований ноніус, що входить до складу ряду вимірювальних приладів (наприклад, штангенциркуля).

Крім розглянутих методів вимірювань розрізняють також контактні і безконтактні в залежності від наявності (або відсутності) безпосереднього контакту між чутливим елементом засоби вимірювання і об'єктом вимірювання. Приклади контактного методу - вимірювання діаметра вала штангенциркулем, вимірювання температури тіла термометром. Приклади безконтактного методу - вимірювання температури в доменній печі пірометром, вимір відстані до об'єкта радіолокатором.