Как работают конденсаторы. Методы измерений. Методы измерений Совокупность приёмов использования принципов и средств измерений составляет метод измерения
 Скачать 46.91 Kb.
|
|
Методы измерений Совокупность приёмов использования принципов и средств измерений составляет метод измерения. Различные методы измерений отличаются прежде всего организацией сравнения измеряемой величины с единицей измерения. С этой точки зрения все методы измерений в соответствии с ГОСТ 16263-70 подразделяются на две группы: методы непосредственной оценки и методы сравнения. Методы сравнения в свою очередь включают в себя метод противопоставления, дифференциальный метод, нулевой метод, метод замещения и метод совпадений. При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия (измерительный прибор, в котором предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без обратной связи). На этом методе основаны все показывающие (стрелочные) приборы (вольтметры, амперметры, ваттметры, счётчики электрической энергии, термометры, тахометры и т.п.). Следует отметить, что при использовании данного метода измерений мера как вещественное воспроизведение единицы измерения, как правило, непосредственно в процессе измерения не участвует. Сравнение измеряемой величины с единицей измерения осуществляется косвенно путём предварительной градуировки измерительного прибора с помощью образцовых мер или образцовых измерительных приборов. Точность измерений по методу непосредственной оценки в большинстве случаев невелика и ограничивается точностью применяемых измерительных приборов. Метод сравнения с мерой - это такой метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Примеры этого метода: измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями; измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с ЭДС нормального элемента. Метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, называется методом противопоставления. Это, например, измерение массы на рычажных весах с помещением её и уравновешивающих гирь на две чаши весов при известном соотношении плеч рычага весов. В этом случае при качественном выполнении устройства сравнения (малое трение в опорах, стабильность соотношения плеч рычага и т. п.) может быть достигнута высокая точность измерений (пример - аналитические весы). Дифференциальный метод - это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. Этот метод позволяет получать результаты измерений с высокой точностью даже в случае применения относительно неточных измерительных приборов, если с большой точностью воспроизводится известная величина. Рассмотрим следующий пример. Необходимо измерить постоянное напряжение, истинное значение которого равно Ux = 0,99 В. В распоряжении экспериментатора имеется набор вольтметров (или один многопредельный) с пределами измерения 0,01; 0,1; 1 В. Пусть погрешность каждого вольтметра при измерении величины, значение которой равно пределу измерения, составляет 1%. Предположим, что имеется также образцовая мера напряжения U0 = 1В, погрешность которой пренебрежимо мала. Очевидно, что, производя измерения методом непосредственной оценки, экспериментатор использует вольтметр с пределом измерения 1 В и получает результат измерений с погрешностью 1%. При дифференциальном методе измерения экспериментатор включает источники измеряемого постоянного напряжения Ux и образцового напряжения U0 последовательно и встречно и измеряет их разность U0 - Ux = 0,01 В вольтметром с пределом измерения 0,01 В. В этом случае разность U0 - Ux будет измерена с погрешностью 1%, а, следовательно, значение напряжения будет определено с погрешностью 0,01%. Указанный метод широко используется, в частности, при поверке средств измерений (например, измерительных трансформаторов тока и напряжения). На нём основана работа очень распространённых в электроизмерительной технике мостов постоянного и переменного токов. Эффект повышения точности результатов измерений, достигаемый при дифференциальном методе, оказывается тем значительнее, чем ближе значение меры к истинному значению измеряемой величины. В том случае, когда результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля, дифференциальный метод измерений превращается в нулевой. Очевидно, что в нулевом методе измерений используемая мера должна быть изменяемой (регулируемой), а прибор сравнения выполняет функции индикатора равенства нулю результирующего воздействия измеряемой величины и меры. Нулевой метод позволяет получить высокие точности измерений и широко используется, например, при измерениях электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием или постоянного напряжения компенсатором постоянного тока. Методом замещения называется метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Это, например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов. Метод замещения можно рассматривать как разновидность дифференциального или нулевого метода, отличающуюся тем, что сравнение измеряемой величины с мерой производится разновременно. Метод совпадений - это метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Примерами этого метода являются измерения длины с помощью штангенциркуля с нониусом, измерение частоты вращения стробоскопом. Описанные выше различия в методах сравнения измеряемой величины с мерой находят своё отражение и в принципах построения измерительных приборов. С этой точки зрения различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения. В измерительном приборе прямого действия предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т. е. без применения обратной связи. Так, например, на рис. 1.3 приведена структура электронного вольтметра переменного и постоянного тока, которая содержит выпрямитель В, усилитель постоянного тока УПТ и измерительный механизм ИМ. В этом приборе преобразование сигнала измерительной информации идёт только в одном направлении. Характерной особенностью приборов прямого действия является потребление энергии от объекта измерения. Однако это не исключает возможности применения приборов прямого действия для измерения, например, электрического сопротивления или ёмкости, но для этого необходимо использовать вспомогательный источник энергии. Измерительный прибор сравнения предназначен для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно. На рисунке 1.4 приведена структурная схема автоматического прибора сравнения, содержащая устройство сравнения УС, устройство управления УУ и изменяемую (регулируемую) меру М с отсчётным устройством. Измеряемая величина x и однородная с ней величина x0 подаются на входы устройства сравнения УС. Величина x0 получается от регулируемой меры М. В зависимости от результата сравнения х с x0 устройство управления УУ воздействует на меру М таким образом, чтобы величина |x - x0| уменьшалась. Процесс уравновешивания заканчивается, когда x0 = x. При этом значение измеряемой величины отсчитывается по шкале регулируемой меры. Если в устройстве сравнения происходит вычитание величин х и x0, то в данном приборе реализуется сравнение измеряемой величины с мерой нулевым методом. Очевидно, что любой измерительный прибор сравнения должен иметь цепь обратной связи и замкнутую структуру. Обратная связь может применяться и в приборах прямого действия, однако в них она всегда охватывает не весь процесс преобразования, а только его часть. Например, в структурной схеме на рис. 1.3 усилитель постоянного тока может быть охвачен обратной связью. В измерительных приборах сравнения в цепи обратной связи всегда формируется физическая величина, однородная с измеряемой, которая подаётся на вход прибора.  Следует отметить, что сравнение измеряемой величины с мерой в приборах сравнения может осуществляться либо одновременно (нулевой метод), либо разновременно (метод замещения). Таким образом, приведённая классификация видов и методов измерений позволяет не только систематизировать разнообразные измерения всевозможных физических величин и тем самым облегчить подход к решению конкретной измерительной задачи, но и с общих позиций подойти к рассмотрению структур и принципов действия различных измерительных приборов. Подробнее здесь: https://emkelektron.webnode.page/news/metody-izmerenij/ |