![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Методы измерений можно классифицировать по различным признакам. Для общеметрологического анализа важными являются традиционные классификации, основанные на следующих признаках:
· физический принцип, положенный в основу измерения;
· режим взаимодействия средства измерений с объектом;
· вид применяемых средств измерений;
· вид хранителя единицы физической величины и характер измерительных операций.
По первому признаку все методы измерений делятся на электрические, магнитные, акустические, оптические и т.д. По режиму взаимодействия их можно разделить на статические и динамические, контактные и бесконтактные методы. По виду применяемых средств измерений - на аналоговые и цифровые.
По последнему признаку выделяют следующие основные методы измерений:
· метод отклонений:
o простой метод отклонений;
o дифференциальный метод отклонений;
· нулевой метод:
o компенсационный метод;
o метод замещения.
Конкретному методу измерений соответствуют определенные измерительные действия, структура построения измерительной системы, а также алгоритм определения результата измерения.
Рассмотрим структуры измерительных систем, реализующие перечисленные методы измерения.
Простой метод отклонений это метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, заранее градуированного в единицах измеряемой физической величины. На рис.2.1. представлена структура измерительной системы для измерения по простому методу отклонений (здесь ИП - измерительный преобразователь).
|
Этому методу соответствует измерительное уравнение вида:
x = y [ X ],
где x - измеряемая величина; y - числовое значение величины; [ X ] - единица физической величины.
Примерами измерительных систем, реализующих простой метод отклонений, являются измерительная линейка, пружинный динамометр, стрелочный прибор для измерения силы электрического тока или напряжения и др. В этом случае измерительный прибор выступает в качестве хранителя единицы физической величины.
Сущность дифференциального метода отклонений состоит в том, что на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Под мерой в метрологии понимают средство измерения, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. На рис.2.2. показана структура измерительной системы, в основе которой лежит дифференциальный метод отклонений.
|
В структурную схему измерительной системы по этому методу добавлен источник эталонной величины Xэт (ИЭВ) и средство сравнения однородных величин (компаратор). Задачей последнего является получение разности между измеряемой величиной и известной величиной эталонного источника. Измерительным уравнением в данном случае будет выражение вида:
x - xэт = y ·[ X ].
Примером реализации данного метода измерений является измерительная система с применением дифференциальной термопары для измерения температуры объекта исследования. Один спай такой термопары устанавливается на объекте измерений, а второй в термостат с известной температурой, например, сосуд Дъюара с кубиками тающего льда. Здесь термопара играет роль и измерительного преобразователя и суммирующего элемента. Термо-э.д.с., вырабатываемая такой термопарой, будет прямо пропорциональна разности температур между объектом измерения и термостатом.
К нулевым относят методы, в которых результирующий эффект воздействия измеряемой и эталонной величин на компаратор измерительной системы доводят до нуля. При этом балансировки измерительной системы может осуществляться либо программно, либо адаптивно.
На рис.2.3 представлена структура измерительной системы, реализующей нулевой компенсационный метод.
|
Структурная схема измерительной системы включает компаратор, детектор балансировки (ДБ), балансировочное устройство (БУ), источник эталонной величины (ИЭВ) и выходную ступень. С помощью балансирующего устройства и детектора балансировки источник эталонной величины настраивают таким образом, чтобы разность (x - xэт) стремилась к 0. При выполнении этого условия измеряемая величина x будет равна xэт. Выходная ступень измерительной системы реализует измерительное уравнение
xэт = y·[ X ].
Примерами реализации компенсационного метода являются рычажные весы с гирями, мост Уитстона для измерения электрического сопротивления. Для расширения возможностей измерительной системы с использованием компенсационного метода в последнюю вводят дополнительное числовое множество К, называемое делителем или аттенюатором. При этом измерительная система приводится к нулю изменением К или ИЭВ (рис. 2.4).
|
В компенсационном методе сравнение x и xэт ведется непосредственно и одновременно.
На рис.2.5 представлена структура измерительной системы, реализующей нулевой метод замещения.
|
В этом методе измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Сравнение x и xэт в данном случае не осуществляется непосредственно и одновременно.
Примером данного метода может являться взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.
По общим приёмам получения результатов измерений можно разделить на прямые, косвенные, совместные и совокупные. При этом основным признаком является вид уравнения измерения, связывающего измеряемую и непосредственно наблюдаемые величины.
При прямом измерении измеряемая величина Y пропорциональна непосредственно наблюдаемой X:
Y = cX,
где с - заданный коэффициент.
Примерами прямых измерений могут служить измерение тока амперметром, напряжения - вольтметром, сопротивления - омметром, мощности - ваттметром и т.п.
Косвенное измерение - это измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Например, нахождение значения электрического сопротивления по показаниям амперметра и вольтметра; удельного сопротивления проводника - по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения; площади - по форме и размерам геометрической фигуры и т.п.
При косвенном измерении величина Y является известной функцией от непосредственно наблюдаемых аргументов X 1,..., Xm:
Y = F (Х 1, Х 2,... Х m).
При косвенном измерении предварительно находят значения величин Xi, а потом, подставляя их в выражение, определяют значение величины Y.
Совокупные измерения - это производимые одновременно измерения одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.
При совокупных измерениях значения набора одноименных величин Х 1, Х 2,..., Х k как правило, определяют путем измерений сумм или разностей этих величин в различных сочетаниях:
где коэффициенты cij принимают значения ±1 или 0.
Совместные измерения - это проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.
Примером совместных измерений является определение температурных коэффициентов и начального сопротивления для терморезисторного преобразователя. Пусть зависимость сопротивления платиновой проволоки от температуры выражается формулой
где - сопротивление терморезисторного преобразователя при повышении начальной температуры на
К, Ом;
- сопротивление преобразователя при начальной температуре, Ом;
- превышение температуры преобразователя над начальной температурой, К;
- температурный коэффициент, К-1;
- температурный коэффициент, К-2.
Пусть проведено измерение сопротивления преобразователя при трех различных температурах: и
. Система уравнений для неизвестных
имеет вид
Переходя к переменным можно получить систему уравнений, линейную относительно переменных X 1, Х 2, Х 2.
13. Обработка результатов измерения: математическое ожидание, остаточные погрешности, среднеквадратическое отклонение среднеарифметического, доверительный интервал, доверительная вероятность, формула Стьюдента, последовательность обработки результатов.
Цель любого измерения – это получение результата измерений с оценкой истинного значения измеряемой величины. Для этого проводится обработка результатов измерений, в большинстве случаев с помощью вероятностно-статистических методов теории вероятностей и математической статистики.
Дата публикования: 2015-01-26; Прочитано: 495 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!