Средства измерений

Классификация измерений

 

По способу получения числового значения измеряемой величинывсе измерения делятся на четыре основные вида: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение x измеряемой величины X находят непосредственно (прямо) из опытных данных в результате выполнения измерения. Прямые измерения – основа более сложных видов измерений.

Пример прямого измерения – измерение вольтметром напряжения источника.

Косвенныминазывают измерения, при которых искомое значение x величины X определяют на основании прямых измерений величин Y, Z, ..., связанных с измеряемой величиной Xизвестной зависимостью

X = F (Y, Z, ....).

Пример косвенного измерения –измерение сопротивления резистора по результатам измерения падения напряжения на резисторе и силы тока через него.

Совокупныминазывают измерения, в которых значении величин находят по данным повторных прямых измерений одноимённых величин при различных сочетаниях этих величин. Результаты совокупных измерений находят путем решения систем уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений.

Пример совокупного измерения – измерение сопротивлений резисторов, соединенных треугольником, путем измерений сопротивлений между различными вершинами треугольника и решением известной из электротехники системы трех уравнений.

Совместными называют проводимые одновременно (прямые или косвенные) измерения двух или большего числа не одноименных величин. Целью совместных измерений по существу является нахождение функциональной зависимости между величинами.

Пример совместного измерения – определение зависимости сопротивления резистора от температуры.

Rt = R₀ (1 +At + Bt²)

Измеряя сопротивление резисторов при различных температурах, составляют систему уравнений, из которых находят параметры. A и B. Для повышения точности число уравнений берут больше числа неизвестных и полученную систему уравнений решают методом наименьших квадратов.

Числовое значение измеряемой величины получается путем ее сравнения с известной величиной, воспроизводимой средством измерения – мерой. В зависимости от способа применения меры известной величины выделяют две группы методов измерений (совокупности приемов использования принципов и средств измерений): непосредственной оценки и сравнения с мерой.

При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Измерение силы тока с помощью амперметра – пример измерения по методу непосредственной оценки.

К методам непосредственной оценки относятся прямые измерения, за исключением методов, основанных на непосредственном сравнении размера измеряемой величины с размером величины, воспроизводимой мерой.

Методы сравнения с мерой – методы, при которых производится сравнение измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой. Отличительной особенностью методов сравнения является непосредственное участие в процессе измерения меры известной величины, однородной с измеряемой.

Группа методов сравнения с мерой включает в себя следующие методы: компенсационный, противопоставления, нулевой, дифференциальный, замещения и сопоставления.

Компенсационный метод измеренийсостоит в том, что на вход сравнивающего устройства одновременно воздействуют, измеряемая величина и одноименная ей величина, размер которой воспроизводится мерой, а соотношение между их размерами определяется по выходному сигналу сравнивающего устройства. Пример: измерение напряжения постоянного тока с помощью компенсатора путем сравнения с э.д.с. нормального элемента.

Метод противопоставления – метод измерений, при котором измеряемая величина и величина, размер которой воспроизводится мерой, одновременно воздействуют на разные входы прибора сравнения, по выходному сигналу которого определяется соотношение между размерами этих величин. Пример: взвешивание на равноплечих весах.

При нулевом методе измерения разность измеряемой величины и известной величины или разность эффектов, производимых измеряемой и известной величинами, сводится в процессе измерения к нулю, что фиксируется высокочувствительным прибором – нуль – индикатором. Пример: измерение сопротивления резистора с помощью четырех – плечного моста, в котором падение напряжения на резисторе с неизвестным сопротивлением уравновешивается падением напряжения на резисторе известного сопротивления.

Дифференциальный метод состоит в том, что разность измеряемой величины и величины известной, воспроизводимой мерой, измеряется с помощью измерительного прибора. Неизвестная величина определяется по известной величине и измеренной разности. В этом случае уравновешивание измеряемой величины известной величиной производится не полностью и в этом заключается отличие дифференциального метода от нулевого.

При методе замещения производится поочередное подключение на вход прибора измеряемой величины и известной величины и по двум показаниям прибора оценивается значение неизвестной величины. Примером этого метода является точное измерение малого напряжения с помощью высокочувствительного гальванометра, к которому сначала подключают источник неизвестного напряжения и определяют отклонение указателя, а затем с помощью регулируемого источника известного напряжения добиваются того же отклонения указателя. При этом известное напряжение равно неизвестному.

При методе совпадения измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Примером этого метода является измерение частоты вращения объекта с помощью стробоскопа.