Меню

Простейшими методами измерения являются



Методы измерений

Под методом измерения понимают совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Для прямых измерений можно выделить несколько основных методов: непосредственной оценки, сравнения с мерой, дифференциальный, нулевой, совпадений и замещения. При косвенных измерениях широко применяют преобразование измеряемой величины в процессе измерений.

Метод непосредственной оценки дает значение измеряемой величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например, измерение давления пружинным манометром, массы на циферблатных весах, силы электрического тока амперметром и т.д. Точность измерений с помощью этого метода бывает ограниченной, но быстрота процесса измерения делает его незаменимым для практического применения. Наиболее многочисленной группой средство измерений, применяемых для измерения этим методом, являются показывающие, в том числе и стрелочные, приборы (манометры, вольтметры, расходомеры и др.). Измерение с помощью интегрирующего измерительного прибора-счетчика также является методом непосредственной оценки. Этим же методом осуществляют измерения с помощью самопищущих приборов. Однако определение какой-либо величины путем планиметрирования площади, ограниченной записанной кривой, уже не является методом непосредственной оценки и относится к косвенным методам.

В случае выполнения особо точных измерений применяют метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирям или измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнения с ЭДС нормального элемента.

Метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействует на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, называется методом противопоставления. Например, взвешивание груза на равноплечих весах, когда измеряемая масса определяется как сумма масс гирь, ее уравновешивающих, и показания по шкале весов. Этот метод позволяет уменьшить воздействие на результаты измерений влияющих величин, так как они более или менее равномерно искажают сигналы измерительной информации как в цепи преобразования измеряемой величины, так и в цепи преобразования величины, воспроизводимой мерой.

Дифференциальный (разностный) метод характеризуется измерением разности между значениями измеряемой и известной (воспроизводимой мерой) величин. Например, измерения путем сравнения с образцовой мерой на компараторе, выполняемые при поверке мер длины. Дифференциальный метод позволяет получать результаты с высокой точностью даже при применении относительно грубых средств для измерения разности. Но осуществлять этот метод возможно только при условии воспроизведения с большой точностью известной величины, значение которой близко к значению измеряемой. Это во многом случаях легче, чем изготовить средство измерений высокой точности.

Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Например, измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

Дифференциальные и нулевые методы нашли очень широкое применение во всех видах измерений: от производственных (в цехах) до сличений эталонов, так как используемые меры (гири, нормальные элементы, катушки и магазины сопротивлений) точнее, чем соответствующие им по стоимости и степени распространения приборы.

Метод совпадений – этот метод сравнений с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мерой величин измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении длины с помощью штангенциркуля с нониусом наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса. В производственной практике метод совпадений иногда называют нониусным. Этот метод позволяет существенно увеличить точность сравнения с мерой.

Метод замещения основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменным. Например: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов; измерение электрического сопротивления резистора путем замены его магазином сопротивлений и подбором значения его сопротивления до получения прежних показаний омметра, моста или другого прибора, обладающего достаточной чувствительностью при любой систематической погрешности, так как отчет берется по мере, а не по прибору. Погрешность измерения определяется в основном погрешностью меры и зоной нечувствительности прибора (ноль — индикатора), а потому весьма мала. Недостатком метода замещения является необходимость применения многозначных мер (магазина мер, батареи нормальных элементов, набора гирь и т.д.).

Комбинация методов замещения и дифференциального хотя несколько снижает точность, но позволяет использовать меньше наборы мер.

Источник

Измерения

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей или шкалой в соответствии с реализованным принципом измерений.

По общим приемам получения результатов измерений методы различают на:

  • прямой метод измерений – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения не требуют методики проведения измерений и проводятся по эксплуатационной документации на применяемое средство измерений;
  • косвенный метод измерений – измерение, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Косвенные измерения применяются в случаях, когда невозможно выполнить прямые измерения, например при определении плотности твердого тела, вычисляемой по результатам измерений объема и массы.

По условиям измерения:

  • контактный метод измерений – основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром);
  • бесконтактный метод измерений – основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором, измерение температуры в доменной печи пирометром).

Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей, различают:

  • метод непосредственной оценки – метод при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству показывающего СИ (термометр, вольтметр и пр.). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет в СИ шкала, проградуированная при его производстве с помощью достаточно точных СИ.
  • метод сравнения с мерой – метод при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). Существует три разновидности этого метода:
    • нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля, например, измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием;
    • метод замещения – основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают измвестной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными, например взвешивание c поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов;
    • метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мерой величин измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов, например при измерении с использованием штангенциркуляс нониусом наблюдают совпадение меток на шкалах штангенциркуля и нониуса;
  • дифференциальный метод – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.
  • метод совпадений – метод измерений, при котором определяют разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Примером этого метода является измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом. Метод совпадений часто применяется при измерениях параметров периодических процессов.
Читайте также:  Электрический ток правила измерения

Поскольку погрешность определяется не только метрологическими характеристиками средств измерений, но и погрешностью отбора и приготовления проб, условиями проведения измерений, ошибкой оператора и другими причинами, это определение означает, что методики выполнения измерений могут разрабатываться и быть аттестованными только применительно к конкретным условиям проведения измерения с использованием конкретных средств.

Данное утверждение не означает, что для каждой измерительной или испытательной лаборатории должны разрабатываться собственные методики. Но если лаборатория использует тип средства измерения, приведенный в аттестованной методике, влияющие факторы (температура и влажность окружающего воздуха и измеряемой среды, напряжение и частота электрической сети, вибрация, внешнее магнитное поле и др.) находятся в определенном данной методикой диапазоне, а оператор соответствует установленной в ней квалификации, то физические величины будут измеряться в этой лаборатории с известной погрешностью.

Источник

Понятие о методах измерений и их классификация.

Метод измеренийсовокупность ис­пользованных приемов (способов) сравнения измеряемой величины с ее еди­ницей (или шкалой) в соответствии с выбранным (реализованным) принци­пом измерений.

Принципы измерений —это физические эффекты (явления), положенные в основу измерений.

Рассмотрим лишь несколько широко распространенных эффектов.

а. Пьезоэлектрический эффектзаключается в возникновении ЭДС на поверхности (гранях) некоторых кристаллов (кварц, турмалин, искусственные пьезоэлектрические материалы — пьезокерамика и др.) под действием внешних сил (сжатие, растяжение).

б. Термоэлектрический эффект –используется свойство изменения электрического сопротивления металлов и полупроводников при изменении температуры.

с. Фотоэлектрический эффект.Для целей измерений используются внешний и внутренний фотоэффекты.

Методы измерений классифицируют по нескольким признакам.

1. По общим приемам получения результатов измерений различают:

прямой метод измерений;

косвенный метод измерений.

Первый реализуется при прямом измерении, второй — при косвенном измерении, которые описаны выше.

2. По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерений.

Контактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром). Бесконтактный метод измерения основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта локатором, измерение температуры в доменной печи пирометром).

3. Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей различают методы непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Использование метода непосредственной оценки позволяет определить всё значение величины непосредственно по отсчетному устройству показывающе­го средства измерений (амперметр, вольтметр, термометр и др.).

Мера, отража­ющая единицу измерения (дольные, кратные ее части), в измерении непос­редственно, как правило, не участвует. Ее роль в показывающем средстве изме­рений играет шкала, проградуированная при его производстве с помощью достаточно точных средств измерений.

Методы сравнения с меройпредусматривает сопоставление измеряемой ве­личины с величиной, воспроизводимой мерой.

Методы сравненияс мерой обычно реа­лизуются различными путями (рассматриваемыми ниже).

Дифференциальный метод измерений— метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей изве­стное значение, воспроизводимое мерой. Точность этого метода может быть высокой и определяется точностью величины, воспроизводимой мерой. Характерный пример дифференциального метода, иногда называемого методом неполного уравновешивания, приведен на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Дифференциальный метод измерения

Вольтметр Vвключается с помощью переключателя Пв цепь с измеряемым сопротивлением rxили в цепь с регулируемым потенциометром (мерой) r0. При достижении одинаковых показаний вольтметра (rx= r) регистрируется искомое значение rx.

Нулевой метод измерений,являясь частным случаем дифференциального, заключается в том, что результаты воздействия на средство измерений измеряемой величины (меры) взаимно уравновешиваются до нулевого показания. Характерным примером нулевого метода является измерение активного сопротивления мостом постоянного тока (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Мостовая схема измерения сопротивления

Мостовая схема оказывается полностью уравновешенной (стрелка гальванометра Gпоказывает нуль), когда выполняется следующее условие: rxr2=r1r3.

Таким образом, при полном уравновешивании, искомая величина rx=r1r3/r2

Метод измерений замещениемзаключается в том, что измеряемая величи­на замещается мерой с известным значением величины. Примером использова­ния этого метода служит измерение емкости конденсатора, включенного в ко­лебательный контур. Путем изменения частоты напряжения, подаваемого на колебательный контур (от измерительного генератора), можно добиться резо­нанса. После этого вместо конденсатора с неизвестной емкостью в контур вклю­чается конденсатор с регулируемой известной емкостью (мера) и вновь прово­дится настройка контура в резонанс, при котором неизвестная емкость равна известной емкости меры.

Метод совпаденийзаключается в том, что разность между измеряемой ве­личиной и известной величиной (мерой) измеряют, используя совпадения от­меток шкал. Например, в методе измерения частоты переменного тока с помо­щью осциллографа сравнивают фигуры Лиссажу, соответствующие искомой частоте и частоте меры, и по их совпадению определяют искомую частоту. При измерении диаметра детали штангенциркулем, дольные (дробные) части величины получаем на шкале нониуса путем определения совпадения риски шкалы нониуса и основной шкалы.

Читайте также:  Единицы измерения газового оборудования

Источник

Методы измерения. Виды измерений

Физические венличины. Единицы физических величин

Широкое развитие и распространение методов и средств метрологии обусловило создание целых систем единиц измерений государственных и международных организаций. В настоящий момент всеобщей глобализации роль метрологии и сложность задач значительно возрастает. Каждую качественную особенность физического объекта называют физической величиной (длина, масса, скорость). Физическая величина имеет определенный размер, который выражается через единицу измерения. Среди физических величин различают основные и преобразованные из основных. Обе эти физические величины образуют систему единиц. В разное время существовали разные системы единиц измерения. Система МКС – метр, килограмм, секунда. Система СГС включала сантиметр, грамм, секунда и т.д. На основе их была построена Международная система единиц (СИ), котороя была принята на XI Международной конференции по мерам и весам в 1960 г для введения единообразия в единицах измерения во всем мире.

В СИ установлены семь основных единиц, используя которые можно измерять все механические, электрические, магнитные, акустические, световые и химические параметры, а также характеристики ионизирующих излучений. Основными единицами СИ являются:

метр (м) – для измерения длины;

килограмм (кг) – для измерения массы;

секунда (с) – для измерения времени;

ампер (А) – для измерения силы электрического тока;

кельвин (К) – для измерения термодинамической температуры;

моль (моль) – для измерения количества вещества;

кандела (кд) – для измерения силы света.

В СИ принято новое определение единицы длины – метра. До введения СИ в качестве международного и национальных эталонов метра использовали штриховые меры, изготовленные из платиново-иридиевого сплава и имеющие в поперечном сечении Х-образную форму. Метр определили при температуре 20 о С между осями двух средних штрихов меры с точностью ±0,1 мкм.

В новой системе единиц 1 м выражен в длинах световых волн атома криптона, т. е. связан с природной величиной. Теперь метр – это длина, равная 1 650 763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего оранжевой линии спектра криптона-86. При новом эталоне длина 1 м воспроизводится сейчас с погрешностью 0,002 мкм, которая меньше погрешности старого искусственного эталона метра в 50 раз.

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины и ее единицы в соответствии с реализованным принципом измерений.

Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений. Различают несколько основных методов измерений: непосредственной оценки, сравнения с мерой, дифференциальный, или разностный, нулевой, контактный и бесконтактный.

Измерительное средство и приемы его использования в совокупности образуют метод измерения. По способу получения значений измеряемых величин различают два основных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки – метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Например, измеряя длину с помощью линейки, размеры деталей – микрометром, штангенциркулем, получили значение размера

Рисунок 7.1– Схема измерений методом сравнения с мерой

Метод сравнения с мерой – метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, для измерения высоты L детали 1 (рис.7.1 ) миниметр 2 закрепляют в стойке. Стрелку миниметра устанавливают на нуль по какому-либо образцу (набору концевых мер 3), имеющему высоту N, равную номинальной высоте L измеряемой детали. Затем приступают к измерению партий деталей. О точности размеров L судят по отклонению ±∆ стрелки миниметра относительно нулевого положения.

В зависимости от взаимосвязи показаний прибора с измеряемой физической величиной измерения подразделяют на прямые и косвенные, абсолютные и относительные.

При прямом измерении искомое значение величины находят непосредственно в процессе замеров, например измерение угла угломером, диаметра – штангенциркулем, массы – на циферблатных весах.

При косвенном измерении значение величины определяют на основании зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например определение среднего диаметра резьбы с помощью трех проволочек на вертикальном длинномере, угла — с помощью синусной линейки и т. д.

При измерении линейных величин, независимо от рассмотренных методов, различают контактный и бесконтактный методы измерений.

Контактный метод осуществляется путем контакта между измерительными поверхностями инструмента или прибора и проверяемой деталью. Недостаток его – необходимость определенного усилия при измерении, что вызывает дополнительные погрешности (например, измерения штангенциркулем, микрометром, рычажно-механическими приборами).

Бесконтактный метод лишен недостатка контактного, поскольку в процессе измерения нет контакта между средством контроля и изделием. Это проверка на проекторах, микроскопах, с помощью пневматических приборов.

Измерение поверхностей деталей, имеющих сложную геометрическую форму (резьбы, шлицевые соединения), может быть произведено либо поэлементным, либо комплексным методом.

Поэлементным методом, например, производится проверка резьбы среднего диаметра – методом трех проволочек, наружного диаметра – микрометром, угла профиля – на универсальном микроскопе.

Комплексным методом пользуются при контроле резьбы с помощью резьбовых пробок и колец на свинчиваемость, одновременно проверяют шаг, угол профиля и средний диаметр резьбы.

Измерительные средства (приборы) классифицируют по назначению, конструктивно-функциональным признакам и технологическим особенностям изготовления. На заводах специализированные цехи и участки изготавливают следующие группы измерительных средств.

1. Оптические приборы:

а) приборы для измерения длин и углов – длинномеры, профилометры, сферометры, инструментальные и универсальные измерительные микроскопы, линейные измерительные, машины, оптические делительные головки, гониометры,

рефрактометры, автоколлимационные трубы, катетометры и т. д.;

б) микроскопы (бинокулярные, интерференционные, биологические и др.);

в) наблюдательные приборы – галилеевские и призменные бинокли, стереотрубы, перископы;

г) геодезические приборы – нивелиры, теодолиты, светодальномеры;

д) призменные и дифракционные спектральные приборы –микрофотометры, интерферометры, спектропроекторы.

Читайте также:  Как с помощью амперметра измерить мощность

2. Рычажно-оптические приборы: оптиметры, ультраоптиметры и др.

3. Рычажно-механические приборы:

а) собственно рычажные (миниметры и др.);

б) зубчатые (индикаторы часового типа и др.);

в) рычажно-зубчатые (микрометры и др.);

г) рычажно-винтовые (индикатор-микрометр);

д) с пружинной передачей (микрокаторы и др.).

4. Пневматические приборы с манометром и ротаметром.

5. Механические приборы:

а) штриховые, снабженные нониусом (штангенинструменты и универсальные угломеры);

б) микрометрические, основанные на применении винтовой передачи (микрометры, микрометрические нутромеры, глубиномеры, и др.).

6. Электрифицированные приборы (индуктивные, емкостные, фотоэлектрические и т. д.).

7.Автоматические приборы: контрольные и контрольно-сортировочные автоматы, приборы активного контроля и др.

Вид средств измерений – это совокупность средств измерений, предназначенных для измерений данного вида физической величины.

Вид средств измерений может включать несколько типов. Например, амперметры и вольтметры (вообще) являются видами средств измерений соответственно силы электрического тока и напряжения.

Отсчетное устройство показывающего прибора может иметь шкалу и указатель. Указатель выполняется в виде стрелки, светового луча и т. д. В настоящее время широкое применение получают отсчетные устройства с цифровой индикацией. Шкала представляет собой совокупность отметок и проставленных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений величины. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы.

Интервал деления шкалы – расстояние между двумя соседними отметками шкалы. У большинства измерительных средств интервал деления составляет от 1 до 2,5 мм.

Рисунок 7.2– Области значений шкалы

Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Например (см. рис ), у индикатора цена деления 0,002 мм.

Начальное и конечное значения шкалы (предел измерений) – соответственно наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные на шкале, характеризующие возможности шкалы измерительного средства и определяющие диапазон показаний.

1.5 Погрешность измерения и её источники

При анализе измерении сравнивают истинные значения физических величин с результатами измерений. Отклонение ∆ результата измерения X от истинного значения Q измеряемой величины называют погрешностью измерения:

Погрешности измерений обычно классифицируют по причине их возникновения и по виду погрешностей. В зависимости от причин возникновения выделяют следующие погрешности измерений.

Погрешность метода – это составляющая погрешности измерения, являющаяся следствием несовершенства метода измерений. Суммарная погрешность метода измерения определяется совокупностью погрешностей отдельных его составляющих (показаний прибора, концевых мер, изменения температуры и т. п.).

Погрешность отсчета – составляющая погрешности измерения, являющаяся следствием недостаточно точного отсчета показаний средства измерений и зависящая от индивидуальных способностей наблюдателя.

Инструментальная погрешность – составляющая погрешности измерения, зависящая от погрешностей применяемых средств измерений. Различают основную и дополнительную погрешности средства измерений. За основную погрешность принимают погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях. Дополнительная погрешность складывается из дополнительных погрешностей измерительного преобразователя и меры, вызванных отклонением от нормальных условий.

Если температура проверяемого изделия будет отличаться от температуры, при которой ведется контроль, то это вызовет погрешности, являющиеся результатом теплового расширения. Во избежание появления их все измерения должны проводиться при нормальной температуре (+20°С).

Неточность установки детали при контроле и погрешности установки прибора также влияют на точность измерения. Например, штангенциркуль при измерении должен устанавливаться перпендикулярно к измеряемой поверхности. Тем не менее, в процессе замера могут быть перекосы, что приводит к погрешности измерения.

К перечисленным погрешностям можно добавить ошибки, возникающие при отсчете размера исполнителем вследствие его субъективных данных, ошибки от не плотности контакта между измерительными поверхностями и изделием.

Все погрешности измерения подразделяют по виду на систематические, случайные и грубые.

Под систематическими понимают погрешности, постоянные или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности – составляющие погрешности измерения, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. К грубым относятся случайные погрешности, значительно превосходящие погрешности, ожидаемые при данных условиях измерения (например, неправильный отсчет по шкале, толчки и удары прибора).

Калибровка – установление метрологических характеристик средств измерительной техники, на которые не распространяется государственный метрологический надзор; калибровка производится калибровочными лабораториями.

Порог чувствительности (реагирования) – это наименьший прирост входной величины, который обуславливает заметное изменение выходной величины.

Элементарная погрешность – такая составляющая погрешности, которую в заданном анализе нет необходимости дальше расчленять на составляющие. Универсальных методов выявления систематических ошибок нет. Поэтому применяют разные способы их уменьшения или исключения. Грубые ошибки результатов измерения исключаются с помощью критерия аномальных результатов за которые принимаю интервал относительно центра распределения в долях среднеквадратического отклонения. Обычно, если значение измерения больше 3-х σ, то такое отклонение относят к аномальным.

Для обеспечения метрологического единства измерений производится метрологическая аттестация средств измерительной техники в измерительных лабораториях.

Поверка – установление пригодности средства измерений к применению на основании соответствия экспериментально определяемых метрологических характеристик и контроля установленным требованиям.

Основной метрологической характеристикой средства измерений, определяемой при поверке, является его погрешность. Как правило, она находится на основании сравнения поверяемого средства измерений с образцовым средством измерений или эталоном, т. е. с более точным средством, предназначенным для проведения поверки.

Различают поверки: государственную и ведомственную, периодическую и независимую, внеочередную и инспекционную, комплексную, поэлементную и др. Поверка выполняется метрологическими службами, которым дано на это право в установленном порядке. Поверку проводят специально обученные специалисты, имеющие удостоверение на право ее проведения.

Результаты поверки средств измерений, признанных годными к применению, оформляются выдачей свидетельств о поверке, нанесением поверительного клейма и т. д. Поверке подлежат все средства измерений, применяемые в народном хозяйстве.

На предприятиях основным средством сохранения мер длины являются концевые меры. Все цеховые средства измерений подлежат поверке в контрольно-измерительных лабораториях образцовыми средствами измерений.

Источник