Меню

Принцип измерения их суть



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

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

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

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

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

Читайте также:  Предмет информатика информация виды информации единицы измерения

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 T. Первичные обмотки обоих трансформаторов включены в цепь одного и того же тока I1. Вторичные обмотки включены таким образом, что их токи Ix и I 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.

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 Lx подключается к зажимам 4-5, емкость регулируе­мого образцового конденсатора С 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.

При использовании этого сочетания после установки требуемой частоты ИГ настраивают в резонанс контур, образованный С и L, изменяя С до значения С01. Затем к зажимам 4-5 подключают Сх и вновь настраивают контур в резонанс на той же частоте, уменьшая С от значения C01 до значения С02. Очевидно, в этом случае

систематические погрешности, обусловленные паразитными емкостями контура, исключаются из результата измерения Сх, так как они входят с одинаковыми значениями и знаками в С01 и С02.

Метод совпадений характеризуется использованием совпадения отметок шкал и периодических сигналов. Например, по принципу метода совпадения построен нониус штангенциркуля и ряда других приборов. Шкала нониуса штангенциркуля имеет десять делений по 0,9 мм. Когда нулевая отметка шкалы нониуса окажется между отметками основной шкалы штангенциркуля, это бу­дет означать, что к целому числу миллиметров следует прибавить некоторое число х десятых долей миллиметра (рис. 3.4). Так как измеряемая дробная часть миллиметра 0,1·х равна разности между целым числом миллиметров по основной шкале штангенциркуля (п мм) и расстоянием по шкале нониуса от нулевой до совпадающей отметки, равного 0,9·n мм, можно записать 0,1·х = n – 0,9·n = =0,1·n, т.е. х = n. Следовательно, порядковый номер совпадающей отметки нониуса непосредственно дает число десятых долей миллиметра. На рисунке 3.4 n = 7 и 0,1·х = 0,7мм.

Принцип совпадений периодических сигналов лежит в основе методов измерений, в которых используются явления биений, интерференции, а также стробоскопический эффект.

Например, в радиотехнике для сравнения двух близких по частоте синусои­дальных сигналов используется явление биений. Амплитуды двух высокочас­тотных сигналов при совпадении по фазе складываются, затем они перестают совпадать по фазе и через некоторое время оказываются в противофазе. Если амплитуды в противофазе равны, их сумма становится равна нулю. Через такой же промежуток времени совпадают и складываются отрицательные амплитуды и т.д. Так образуется низкочастотный сигнал биения. Чем меньше разность сравниваемых частот, тем меньше частота сигнала биений. Так, при сравнении частот 100 и 101 кГц частота сигнала биений 1 кГц. Такую частоту можно легко зарегистрировать. Явление биений используется главным образом для установления равенства и разности частот.

Читайте также:  Штангенциркуль предел измерений 0 150 мм

3.3 Принципы измерений

Принцип измерений это совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Например, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта; измерение расхода газа по перепаду давления в сужающем устройстве.

Существенные достоинства, которыми обладают электроизмерительные приборы, обусловили то, что прямые преобразования измеряемых величин (в частности неэлектрических) в перемещения указателей приборов стали заменять преобразованием их в электрические величины, измеряемые с помощью электроизмерительных приборов. Такой путь открыл возможность повышения точности измерений и измерения величин, ранее не поддававшихся измерениям.

Рассмотрим некоторые типичные принципы и отдельные физические явления, позволяющие преобразовать измеряемые неэлектрические величины в электрические:

– нагревание места спая двух электродов из разнородных материалов (спая термопары) вызывает появление э.д.с., что позволяет измерять температуру;

– нагревание электрических проводников и полупроводников вызывает изменение их сопротивления (термометры сопротивления, термисторы). Одни материалы (например, платина) позволяют получить высокую точность измерения температуры, другие материалы (особенно полупроводники) дают возможность измерять очень малые интервалы температур и температуру тел очень малого объема;

– растяжение или сжатие некоторых металлов в пределах их упругости вызывает изменение их электрического сопротивления. Это явление дает возможность изготовлять электротензометры и измерять малые деформации тел и усилия в условиях, при которых измерение другими методами невозможно, например, деформации различных частей машин во время их работы. Это явление позволяет также измерять высокие и сверхвысокие давления (манганиновый манометр);

– в граничном слое между некоторыми полупроводниками и металлами при его освещении возникает э.д.с. Это явление называют фотоэлектрическим эффектом. На использовании его основаны фотоэлементы, дающие возможность измерять световые величины методом непосредственной оценки, а также в ряде случаев исключать необходимость визуального наблюдения;

– электрическое сопротивление некоторых полупроводников под действием света весьма заметно изменяется. Это явление используется для изготовления фотосопротивлений. Применение фотосопротивлений требует постороннего источника тока, однако фотосопротивления обладают значительно более высокой чувствительностью, чем фотоэлементы;

– зависимость яркости свечения тела от температуры, которая в свою очередь зависит от силы тока, накаливающего нити, позволяет измерять температуру бесконтактным методом, например, при помощи оптического пирометра;

– на гранях некоторых кристаллов, когда к двум граням приложена сила, сдавливающая или растягивающая их, возникает э.д.с. Это явление, называемое пьезоэлектрическим эффектом, обратимо, т.е., когда к двум граням приложено напряжение, кристалл деформируется. Пьезоэлектрический эффект, практически безинерционный, получил широкое и разнообразное применение. Он используется для измерения давления, вибрации, частоты электрических колебаний. Особое значение этот эффект имеет для стабилизации частоты высокочастотных генераторов. Для этой цели применяются, как правило, кристаллы кварца;

– магнитная проницаемость тел из ферромагнитных материалов изменяется в зависимости от приложенных к ним механических сил (растягивающих, сжимающих, изгибающих, скручивающих). Наблюдается и обратное явление: в ферромагнитном теле при внесении его в магнитное поле возникают механические деформации. Эти явления получили название магнитострикции. Магнитное поле, изменяющееся при механическом воздействии, измеряется при помощи катушки, обмотка которой помещается на ферромагнитном сердечнике. Магнитострикционные преобразователи применяются главным образом в технике измерения звуковых и ультразвуковых колебаний;

– электрическая емкость плоского конденсатора выражается формулой C = ε·S/d где С — емкость конденсатора; ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, находящегося между обкладками; S — площадь его обкладок; d -расстояние между обкладками. Изменение электрической емкости используют для измерения малых размеров и малых перемещений;

– перемещение измеряют также по изменению индуктивности катушки с сердечником из магнитомягкого материала. Изменение воздушного зазора в сердечнике вызывает изменение индуктивного сопротивления катушки, которое определяют тем или иным электрическим методом.

Более подробно виды, методы и принципы измерений описаны в работах [1-4].

Читайте также:  Измерения правого предсердия проводят

Источник

Принципы измерения

Методы измерения и их реализация

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств.

По зависимости измерительной величины от времени:

По способу получения результатов:

Прямые – измерения, которыми непосредственно определяются значения одной из величин (линейный размер, масса, температура).

Косвенные – измерения, при которых значения физических величин определяются на основе зависимости этой величины от других, определяемыми другими методами (углы косинусов).

Совокупные – измерение значений однотипных физических величин и наложение их путём решений систем уравнений.

По способу представлений результатов измерений:

Абсолютные – измерения, при которых определяются значения одной или нескольких величин прямым методом.

Относительные – измерения, в результате которых определяются отношения двух или нескольких физических величин (плотность, влажность).

По точности измерений:

С наибольшей возможной точностью (эталонные), предназначающиеся для воспроизведения с наивысшей точностью и передачи единицы величины.

Контрольно-проверочные измерения, направленные на определение точности (погрешности) измерений.

Технические измерения, направленные на определение значений физических величин.

Методы измерений – совокупность применения принципов и средств измерения:

Метод непосредственной оценки, при котором значение физической величины определяется прямыми абсолютными измерениями, а результат наблюдается по шкале измеряемого устройства.

Метод сравнения с мерой.

∆=X-Q,где X – измеряемое значение физической величины, Q – истинное значение, ∆ — абсолютная погрешность.

Принципы измерения.

Принцип измерений – физические явления, положенные в основу измерений (пневматический – зависимость давления воздуха от раствора).

4)индуктивный принцип, основанный на зависимости индуктивности катушки L на положении сердечника;

5)пневматический принцип, основанный на зависимости давления в пневмокамере от размеров проходного сечения сопла;

1-шток

1-источник света

2-скрученная лента – чувствительный элемент

1-

Источник

ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЙ

5.1.4. ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЙ

Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Примеры. Измерения температуры с использованием термоэлектрического эффекта; измерения массы взвешиванием (использование силы тяжести, пропорциональной массе); измерения расхода газа или жидкости по перепаду давления в сужающем устройстве

4.8. Принцип измерений

E. Principle of measurement

F. Principe de mesurage

Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Примеры. Измерения температуры с использованием термоэлектрического эффекта; измерения массы взвешиванием (использование силы тяжести, пропорциональной массе); измерения расхода газа или жидкости по перепаду давления в сужающем устройстве

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Смотреть что такое «ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЙ» в других словарях:

принцип измерений — Физическое явление или эффект, положенное в основу измерений. Примеры 1. Применение эффекта Джозефсона для измерения электрического напряжения. 2. Применение эффекта Пельтье для измерения поглощенной энергии ионизирующих излучений. 3. Применение… … Справочник технического переводчика

принцип измерений — matavimo principas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Mokslinis matavimo pagrindas. pavyzdys( iai) a) termoelektros reiškinys taikomas temperatūrai matuoti; b) Džozefsono reiškinys – elektrinei įtampai matuoti; c)… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

принцип измерений — matavimo principas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. principle of measurement vok. Meßprinzip, n rus. принцип измерений, m pranc. principe de mesure, m … Fizikos terminų žodynas

Принцип измерений — Явление или эффект, положенные в основу метода измерений. Источник: ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ . ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. РЕКОМЕНДАЦИЯ. МИ 2365 96 (утв. Госстандартом РФ) … Официальная терминология

Принцип измерений — 1. Совокупность физических явлений, положенных в основу измерений Употребляется в документе: ОСТ 45.159 2000 Отраслевая система обеспечения единства измерений. Термины и определения … Телекоммуникационный словарь

принцип геодезических измерений — Физическое явление, положенное в основу геодезических измерений. Примечание В геодезических средствах измерений используется ряд принципов, реализующих различные физические явления: оптический, оптико механический, оптико электронный,… … Справочник технического переводчика

принцип функциональной взаимосвязанности — Стандартизация требований энергосбережения неотделима от общих проблем нормативно методического обеспечения ресурсопотребления и ресурсосбережения (ГОСТ 30166, ГОСТ 30167), а также от упорядочения (путем стандартизации) усложняющихся… … Справочник технического переводчика

Принцип неопределенности — Квантовая механика Принцип неопределённости Введение . Математическая формулировка . Основа … Википедия

Принцип неопределенности Гейзенберга — Квантовая механика Принцип неопределённости Введение . Математическая формулировка . Основа … Википедия

Принцип неопределённости Гейзенберга — Квантовая механика Принцип неопределённости Гейзенберга Введение Математические основы … Википедия

Источник