Учебное пособие для студентов специальности Т. 13. 01 «Метрология, стандартизация и сертификация»



страница14/54
Дата24.08.2017
Размер5,56 Mb.
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   54

3 ИЗМЕРЕНИЕ. ВИДЫ, МЕТОДЫ И ПРИНЦИПЫ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1 Измерение. Виды измерений

Измерение - это нахождение значения физической величины с помощью специальных технических средств, называемых средствами измерений. Получаемая при измерении информация называется измерительной. Найденное в результате измерения значение величины называется результатом измерения. Наконец, в технической литературе и нормативной документации часто встречается термин алгоритм измерения, под которым следует понимать точное предписание о порядке выполнения операций, обеспечивающих измерение искомого значения величины.

Экспериментальная операция, выполняемая в процессе измерений, в результате которой получают одно значение (из группы значений) величины, называется наблюдением. В зависимости от особенностей объекта исследования для нахождения значения величины могут понадобиться либо однократное измерение, либо многократные наблюдения. При многократных наблюдениях результат измерения получают, обработав результаты наблюдений.

По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения делят на четыре основных вида: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямым называют измерение, при котором искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Например, измерение тока амперметром, напряжения вольтметром и т.п. Математически прямые из­мерения можно охарактеризовать формулой

Q = X, (3.1)

где Q - искомое (называется также истинным) значение измеряемой величины; X - результат измерения.

Косвенным называют измерение, при котором искомое значение величины вычисляют на основании известной зависимости между этой величиной и ве­личинами, получаемыми из прямых измерений. Примерами косвенных измере­ний можно назвать измерение мощности постоянного тока при помощи ампер­метра и вольтметра, определение резонансной частоты колебательного контура по результатам прямых измерений емкости и индуктивности и т.п.

Математически косвенные измерения можно характеризовать формулой


Q=F(X1, X2, …, Xm), (3.2)

где Х1, Х2, Хm - результаты прямых измерений величин.

Совокупные и совместные измерения характеризуются тем, что одновременно производятся измерения нескольких одноименных (при совокупных измерениях) или разноименных (при совместных измерениях) величин и путем решения системы уравнений, связывающих их, определяются искомые значения измеряемых величин.

Примером совокупных измерений являются измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

В качестве примера совместных измерений рассмотрим определение коэффициентов в формуле, связывающей сопротивление,
, (3.3)

где R20 - сопротивление терморезистора при t = 20° С; α и β – температурные коэффициенты. Для определения R20, α, β производят измерения Rt1 Rt2 Rt3, при трех различных значениях температуры (t1, t2 и t3), а затем решают систе­му из трех уравнений.


3.2 Методы измерений

Чтобы выполнить измерение в соответствии с решаемой задачей, применяют различные методы измерений.

Метод измерения - путь, способ экспериментального нахождения значения физической величины, т.е. совокупность приемов использования физических явлений, на которых основаны измерения. Различают два основных метода измерения.

Метод непосредственной оценки - метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству средства измерений. Иногда метод непосредственной оценки еще называют методом прямого преобразования, так как он основан на известной функциональной зависимости между показанием средства измерений и входным сигналом.

Наиболее многочисленными средствами измерений, служащими для измерения методом непосредственной оценки, являются аналоговые измерительные приборы, в частности стрелочные показывающие приборы. К стрелочным показывающим приборам можно отнести манометры, динамометры, барометры, амперметры, вольтметры, фазометры, ваттметры и многие другие. Следует отметить, что хотя удельный вес цифровых показывающих приборов в общей совокупности выпускаемых средств измерений непрерывно растет, применение стрелочных показывающих приборов вовсе не стремится к нулю. Это объясняется тем, что данные приборы проще по конструкции, дешевле, да пока и надежнее, чем цифровые, но не только этим. Одна из причин принципиального характера кроется в том, что на практике не так уж редки ситуации, когда стрелочная форма индикации предпочтительнее цифровой. Сюда можно отнести режимы слежения за поведением измеряемой величины, например, контроль постоянства уровня величины.

Метод сравнения - метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой.

Метод сравнения реализуется в измерительной практике в виде следующих основных модификаций:



нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия обеих величин на измерительный прибор доводится до нуля (этот метод часто также

называют компенсационным);



дифференциальный метод, при котором образуют и измеряют разность измеряемой и известной величин;

метод замещения, при котором измеряемую величину замещают в процессе измерений известной величиной;

метод совпадений, при котором образуют разность измеряемой и известной величин и оценивают ее по совпадениям или биениям.

Примером средств измерений, в которых используется нулевой метод, являются мосты для измерения сопротивления, емкости и индуктивности. На рисунке 3.1 показана схема моста для измерения сопротивления Rx. Схема состоит из трех сопротивлений с известными значениями (R2 , R3 и R4), измеряемого сопротивления Rx, нуль–индикатора НИ и источника постоянного тока ИПТ. Изменяя одно из известных сопротивлений, например R4, добиваются нулевого показания НИ. Это может быть только тогда, когда между точками 2-4 нет разности потенциалов, или, другими словами, падение напряжения между точками 1-2 равно падению напряжения между точками 1-4. Как следствие падения напряжения между точками 2-3 и 3-4 также равны между собой. На основании этих равенств можно определить измеряемое сопротивление Rx, зная известные сопротивления R2, R3 и R4,

. (3.4)

Дифференциальный метод, например, используется при поверке измерительных трансформаторов тока. Принципиальная электрическая схема поверки показана на рисунке 3.2.

Для определения погрешности коэффициентов трансформации поверяемыйтрансформатор тока Тх сравнивают с образцовым T0. Первичные обмотки обоих трансформаторов включены в цепь одного и того же тока I1. Вторичные обмотки включены таким образом, что их токи Ix и I0 направлены навстречу друг другу. Разность между этими токами, измеряемая при помощи измерительного прибора ИП, пропорциональна разности коэффициентов трансформации, т.е. погрешности коэффициента трансформации поверяемого трансформатора Тх.



Приведенная на рисунке 3.2 схема является упрощенной. В конструкцию установок для поверки измерительных трансформаторов дифференциальным методом введен ряд дополнений, которые позволяют определять не только погрешность коэффициента трансформации, но и погрешности угла сдвига фаз между токами в первичной и вторичной цепях. Аналогичная схема применяется и для поверки измерительных трансформаторов напряжения.

Применение метода замещения позволяет исключить ряд систематических погрешностей, возникающих в процессе измерения в некоторых средствах измерений. Например, для измерения емкости Сх на высоких частотах используется резонансный измеритель контурного типа.


Рисунок 3.1

Рисунок 3.2


Упрощенная структурная схема такого измерителя в режиме измерения Сх приведена на рисунке 3.3. В простейшем случае достаточно образовать колебательный контур из Сх и образцовой ка­тушки индуктивности L0x подключается к зажимам 4-5, емкость регулируе­мого образцового конденсатора С0 устанавливается на минимальное значение), настроить контур в резонанс по показанию индикатора резонанса ИР изменением частоты измерительного генератора ИГ и, отсчитав значение резонансной частоты (fр) по шкале ИГ, определить Сx по общеизвестной формуле
. (3.5)

Однако при таком способе измерения существенное влияние на точность измерения оказывают паразитные параметры контура (особенно паразитные емкости) и мы фактически измеряем не Сх, а емкость контура. Поэтому при измерении резонансный метод сочетают с методом замещения.

Рисунок 3.3

При использовании этого сочетания после установки требуемой частоты ИГ настраивают в резонанс контур, образованный С0 и L0, изменяя С0 до значения С01. Затем к зажимам 4-5 подключают Сх и вновь настраивают контур в резонанс на



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   54


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница