Метод измерений

Прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом из-

мерений.

П р и м е ч а н и е — Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

При любом измерении происходит сравнение размера измеряемой величины с известной мерой.

В соответствии с РМГ (РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ) 29-99 различают следующие методы:

По способу применения меры различают методы непосредст­венной оценки и методы сравнения с мерой.

1. Метод непосредственной оценки, при котором значе­ние величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора; например, измерение давления — пружинным манометром, массы — весами, силы электрического тока — амперметром.

В методах непосредственной оценки (методах отклонения для электроме­ханических приборов) измеряемая величина предварительно преобразуется в промежуточную величину, которая затем сравнивается с мерой этой величины. Например, в электромеханических приборах сравнение измеряемой величины с мерой приводит к отклонению механизма сравнения, что используется для ин­дикации значения измеренной величины. Измеряемая величина преобразуется во вращающий момент, который сравнивается с противодействующим момен­том. В результате подвижная часть измерительного механизма поворачивается на определенный угол, соответствующий размеру измеряемой величины. Значе­ние измеренной величины определяется по шкале, предварительно отградуиро­ванной с помощью образцовой меры этой величины.

С точки зрения получения результата измерения методы непосредственной оценки делятся на прямые и косвенные. Прямые методы характеризуются тем, что искомое значение физической величины определяют непосредственно в ре­зультате измерения, примером может служить измерение электрического сопро­тивления с помощью омметра. При косвенных методах искомое значение нахо­дят по известной зависимости между этой величиной и величинами, непосредст­венно измеряемыми. Так, электрическое сопротивление может быть рассчитано также по закону Ома, связывающему эту физическую величину с напряжением и током, значения которых могут быть измерены прямыми методами.

Методы отклонения имеют два существенных недостатка.

1. При возрастании отклонения увеличивается сила, действующая в механизме сравнения. При этом размер элементов механизма выбирается для условий максимального отклонения. В свою очередь, это приводит к увеличению по­грешности измерения, особенно вблизи нижнего предела, и к нелинейности статической характеристики.

2. Энергия, необходимая для измерения, относительно велика и отбирается от исследуемого процесса, искажая размер измеряемой величины, то есть наблю­дается воздействие средства измерений на измеряемую величину.

2. Метод сравнения с мерой, где измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирей; измерение напряжения постоянного тока на компен­саторе сравнением с ЭДС параллельного элемента.

Метод используют для измерения электрических величин с высокой точностью и высокой чув­ствительностью в большой группе средств.

В подавляющем большинстве случаев отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие в процессе изме­рения меры величины известного размера, однородной с измеряемой. Измерение при этом заключается в установлении равенства или определенного соотноше­ния между размерами измеряемой величины и меры. Однако в некоторых случа­ях может быть использована и мера, неоднородная с измеряемой величиной. На­пример, при измерении индуктивности с помощью моста переменного тока в качестве меры можно использовать емкость конденсатора. В этих случаях значе­ние измеряемой величины определяется на основании известной математической зависимости между измеряемой величиной и мерой, которая реализована в сред­стве измерений.

Все известные методы сравнения по характеру самой операции сравнения можно разделить на методы одновременного и разновременного сравнения.

При методах разновременного сравнения измерение проводится в два этапа, а результат определяется по двум измерениям: с участием измеряемой величины на первом этапе и меры — на втором. К разновременному сравнению относится метод замещения, при котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением измеряемой величины.

Пример взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов (Метод Борда).

К методам одновременного сравнения относятся методы совпадения, диффе­ренциальный и нулевой (компенсационный).

При методе совпадения сравнивают размеры измеряемой величины и величи­ны, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периоди­ческих сигналов.

При нулевом методе разность между размерами измеряемой и известной ве­личин в процессе измерения сводится к нулю, что фиксируется высокочувстви­тельным прибором — нуль-индикатором.

П р и м е р — Измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием

Метод измерений дополнением; Метод дополнения. Метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же

величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.

Высокая точность измерений методами сравнения достигается благодаря вы­сокой точности мер, воспроизводящих размеры известной величины, и высокой чувствительности измерительных приборов.

При дифференциальном методе разность размеров измеряемой величины и величины известной, воспроизводимой мерой, измеряется с помощью измери­тельного прибора. Размер неизвестной величины определяется как сумма разме­ра известной величины и измеренной разности.

Пр и м е р — Измерения, выполняемые при поверке мер длины сравнением с эталонной мерой на компараторе.

В процессе измерения измерительная информация передается с помощью сигналов. В зависимости от характера связи между измеряемой величиной и сигналами измерительной информации различают аналоговые и цифровые ме­тоды измерений. При аналоговом методе любому значению измеряемой величи­ны (в пределах диапазона измерений) соответствует определенное значение сиг­нала измерительной информации. Примерами применения этого метода могут служить электромеханические приборы (отсчетное устройство в виде шкалы со стрелкой) или регистрирующие самописцы с непрерывной формой записи.

Цифровой метод характеризуется тем, что результат измерения (числовое значение) формируется в измерительном устройстве. При этом вырабатываются дискретные сигналы измерительной информации, которые обрабатываются чи­словым способом. В качестве примеров применения этого метода приведем циф­ровые приборы (отсчетное устройство в виде цифрового табло), а также цифро-печатающие устройства.

Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. Так, точ­ность отсчета обычно существенно выше при цифровом методе измерения. (При отсчете аналогового показания его точность зачастую зависит от способности опе­ратора к интерполяции и ограничивается двумя-тремя десятичными разрядами.) С другой стороны, аналоговый вывод измеряемого значения имеет большую на­глядность: например, наблюдать за стрелочным прибором существенно проще, чем за цифровыми показаниями.

Цифровая обработка измеряемого значения позволяет обеспечить значитель­но более высокую точность, чем на аналоговой технике. Однако при цифровом методе обработка сигнала происходит последовательно и дискретно во времени, тогда как аналоговая обработка осуществляется непрерывно и одновременно. Наконец, цифровой метод имеет специфическое преимущество при передаче измерительной информации на расстояние: подсчет импульсов или различение двух состояний сигнала (включено — выключено) возможны при достаточно вы­соком уровне шумов. В противоположность этому качество передачи аналогово­го сигнала в значительной степени зависит от шума и дрейфа электронных эле­ментов и от помех, наводимых в линиях передачи.

С точки зрения непрерывностиработы во времени элементов измерительного устройст­ва. При непрерывном методе измерения все элементы измерительного устройст­ва работают непрерывно во времени. Дискретный метод применяется в том слу­чае, когда измерительная система содержит хотя бы один элемент, работающий прерывисто. Очевидно, что при дискретном методе происходит потеря опреде­ленной части измерительной информации.

контактный метод измерений; контактный метод. Метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в

контакт с объектом измерения.

Пр и м е р ы

1 Измерение диаметра вала измерительной скобой или

контроль проходным и непроходным калибрами.

2 Измерение температуры тела термометром

Бесконтактный метод измерений; бесконтактный метод

Метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения.

П р и м е р ы

1 Измерение температуры в доменной печи пирометром.

2 Измерение расстояния до объекта радиолокатором