ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Измерение представляет собой процесс нахождения значения физической величины посредством опытов с помощью специальных технических средств. Во многих случаях в процессе измерения происходит сравнение измеряемой величины с другой, которой присвоено числовое значение, равное 1, и которая называется единицей физической величины, или единицей измерения. Результат измерения – это численное значение величины, найденное вследствие ее измерения, то есть сравнения ее с единицей измерения. Результат может быть выражен следующим образом:

                                   R = Q / q,                                                  (2.1)

где: Q – измеряемая физическая величина; q – единица измерения; R –результат измерения, или численное значение измеряемой величины. По способу получения численного значения измеряемой величины все технические измерения можно разделить на прямые и косвенные.

Прямыми измерениями называются такие, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например, измерение температуры термометром, давления – манометром.

Косвенные измерения – определение значения ФВ на основании результатов прямых измерений других ФВ, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью:  

y = f ( x ₁, x ₂, …, x_n ),                                        (2.2)

где: y- искомая величина; x ₁, x ₂, …, x_n – числовые значения величин, измеренных прямым способом. Примерами косвенных измерений могут быть определение плотности тела по результатам измерения массы и объема или определение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. В качестве примера можно привести измерение электрического сопротивления термопреобразователя сопротивления R_t при разных температурах t с целью определения температурного коэффициента сопротивления α . Проведя измерения и обработав результаты, получим зависимость R_t = R ₀ (1+ α · t ), из которой можно определить коэффициент α .

Совокупные измерения – производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. При определении взаимоиндуктивности катушек М, например, используют метод сложения и вычитания полей при согласном и встречном включении катушек индуктивности. Если индуктивность одной из них L ₁, а другой L _2, то находят L ₀₁ = L ₁ + L ₂ + 2М и L ₀₂ = L ₁ + L ₂ - 2М, отсюда М = ( L ₀₁ – L ₀₂ ) /4.

Измерительный сигнал – сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой ФВ.

Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений. Для реализации тех или иных принципов измерений применяют различные технические средства.

Средство измерения – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойств.

Метод измерения – совокупность правил, определяющих принципы и средства измерения. Методы измерения можно классифицировать по различным признакам.  В технических измерениях широкое распространение получил метод непосредственной оценки и методы сравнения: дифференциальный, замещения и метод совпадений [3]. В теплоэнергетике во многих приборах применяется дифференциальный метод и его разновидность - компенсационный (нулевой) метод [2].

– метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Сущность метода непосредственной оценки состоит в том, что о значении измеряемой величины судят по показаниям одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) средств измерений, которые заранее проградуированы в единицах измеряемой величины или единицах других величин, от которых она зависит. Это наиболее распространенный метод измерения. Его реализует большинство средств измерений. К этому методу относятся, например, измерение расхода холодной воды водосчетчиком (прямое измерение) и измерение электрического сопротивления или мощности электрического тока амперметром и вольтметром (косвенное измерение).

Дифференциальный метод – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной (базовой) величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором на прибор воздействует разность между этими двумя величинами. Например, измерение массы тела более одного килограмма при использовании гирь и показывающих весов с диапазоном измерения один килограмм. Данный метод позволяет получить достаточно точные результаты при измерении разности даже приборами невысокой точности. Однако для этого необходимо иметь базовую величину, значение которой близко к измеряемой величине и известно с высокой точностью.

В компенсационном (нулевом) методе измеряемую величину компенсируют другой величиной, значение которой известно с высокой степенью точности, разность между ними сводится к нулю за счет изменения известной величины. Применяемый в этом методе прибор (нуль-прибор) служит только для установления факта равенства двух величин или равенства нулю их разности. Примером компенсационного метода может служить компенсационный метод измерения термо-ЭДС.

Другой пример – измерение активного сопротивления мостом постоянного тока (рис. 2.1). Мостовая схема оказывается полностью уравновешенной (гальванометр G показывает нуль), когда выполняется следующее условие:

                                                                                           (2.3)

Таким образом, при полном уравновешивании искомая величина равна:

                                                                                           (2.4) 

 

Рисунок 2.1 – Схема измерения сопротивления нулевым методом

 

Компенсационный метод обеспечивает высокую точность измерения, определяемую точностью задания известной величины, которой уравновешивается измеряемая величина, и чувствительностью нуль-прибора. В качестве известной величины R ₂ применяют магазин сопротивлений высокого класса точности. Чувствительность гальванометра составляет десятые доли микроампера. В совокупности это позволяет создать очень точный прибор.

Измерительный прибор - это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем. Средства измерений, в отличие от других технических устройств, имеют нормированные метрологические характеристики, т.е. определенные численные значения величин и свойств, определяющих точность и достоверность результатов измерения. Используя измерительный прибор, наблюдатель может прочитать или считать цифровое значение измеряемой величины. По форме индикации измеряемой величины различают показывающие приборы, которые допускают только отсчитывание показаний измеряемой величины (стрелочный или цифровой прибор), и регистрирующие, предусматривающие регистрацию (запись) показаний на том или ином носителе информации. В регистрирующих приборах возможна запись показаний на диаграммной бумаге; с помощью печати в цифровой форме или хранения информации в памяти запоминающего устройства.

По форме преобразования используемых измерительных сигналов существуют аналоговые измерительные приборы, показания или выходной сигнал которых является непрерывной функцией изменения измеряемой величины, и цифровые, в которых показания являются результатом дискретного преобразования сигналов измерительной информации.

Измерительным преобразователем называется средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Человек своими органами чувств не может воспринять сигнал измерительного преобразователя. Измерительная информация может быть представлена, например, в виде термо-ЭДС для термоэлектрического преобразователя, или в виде сигнала электрического сопротивления для термопреобразователя сопротивления. Отсчетное устройство показывающих аналоговых измерительных приборов состоит из шкалы и указателя (стрелочного либо светового). На рис. 2.2 изображена шкала измерительного прибора. Те отметки шкалы, у которых проставлено числовое значение, называются числовыми или оцифрованными отметками. Промежуток между двумя соседними отметками есть деление шкалы. Разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам, называется ценой деления шкалы. Шкала с равными делениями и постоянной ценой деления является равномерной.

 

Рисунок 2.2 - Шкала измерительного прибора:

1, 2 – нижний и верхний пределы измерения; 3 – отметки шкалы; 4 – деление шкалы; 5 – диапазон измерения.

 

Значения измеряемой величины, определяемые по отсчетному устройству и выраженные в принятых единицах измеряемой величины, являются показаниями измерительного прибора. Наименьшее значение измеряемой величины, указанное на шкале, называется начальным, а наибольшее – конечным значением шкалы. Область значения шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями, является диапазоном показаний. Область значения измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений, называется диапазоном измерений измерительного прибора или диапазоном преобразования измерительного преобразователя. В технических приборах диапазон измерений и диапазон показаний, как правило, совпадают. Этим свойством обладают приборы с равномерной шкалой.  Пределами измерений называются наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений, называемых верхним и нижним пределами измерений. Для приборов с неравномерной шкалой диапазон измерений может быть меньше диапазона показаний. Например, на рис. 2.3 диапазон показаний амперметра составляет 50 А, а диапазон измерений (нижний предел отмечен точкой на шкале) – 35 А.

 

 

Рисунок 2.3 - Пример прибора с неравномерной шкалой

 

Шкалы приборов, как и диапазон преобразования измерительных преобразователей бывают односторонними, двусторонними и безнулевыми. В односторонних – один из пределов измерения прибора равен нулю (например, шкала 0…100°С; шкала -0, 1…0 МПа). В двусторонних шкалах нулевое значение расположено в пределах шкалы (например, шкала -50…0…100°С; шкала -0, 1…0…0, 15 МПа). В безнулевых шкалах в пределах шкалы нет нулевого значения (например, шкала 200…600 °С). В рассмотренных примерах диапазоны измерения, равные диапазонам показаний измеряемой величины, составят соответственно 100 °С; 0, 1 МПа; 150 °С; 0, 25 МПа и 400 °С.

В практике используются также многофункциональные измерительные приборы для различных физических величин с переключаемыми диапазонами измерений, называемые тестерами (с аналоговым отсчетным устройством) или мультиметрами (с цифровым отсчетным устройством). На рис. 2.4 и 2.5 изображены тестер Ц4317.3 и мультиметр DT832.

 

Рисунок 2.4 - Многофункциональный измерительный прибор Ц4317.3

Рисунок 2.5 - Цифровой мультиметр DT832

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: