Понятие о методах измерений и их классификация.

Метод измерений — совокупность 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 эффект заключается 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 мерой предусматривает 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 V включается с помощью переключателя П в цепь с измеряемым сопротивлением r_x или в цепь с регулируемым потенциометром (мерой) r_0. При достижении одинаковых показаний вольтметра ( r_x= r₀ ) регистрируется искомое значение r_x.

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 G показывает нуль), когда выполняется следующее условие: r_xr₂=r₁r_3.

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

Метод измерений замещением заключается 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 совпадений заключается 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.