Меню

Какие принципы положены в основу разработки средств измерений

Принципы, методы и средства измерений

Принцип измерений — совокупность физических принципов, на которых основаны измерения, например применение эффекта Джозефсона для измерения электрического напряжения или эффекта Доплера для измерения скорости.

Метод измерения — это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой ФВ с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения. Метод измерения должен по возможности иметь минимальную погрешность и способствовать исключению систематических погрешностей или переводу их в разряд случайных.

Методы измерения можно классифицировать по различным признакам. Известна [13] классификация по основным измерительным операциям. Она тесно связана с элементарными СИ, реализующими эти операции. Данная классификация ориентирована на структурное описание средств измерений и поэтому важна для измерительной техники, а также метрологии информационно-измерительных систем.

Для метрологического анализа более важными являются традиционные классификации, основанные на следующих признаках. Первый из них — физический принцип, положенный в основу измерения. По нему все методы измерений делятся на электрические, магнитные, акустические, оптические, механические и т.д. В качестве второго признака классификации используется режим взаимодействия средства и объекта измерений. В этом случае все методы измерений подразделяются на статические и динамические. Третьим признаком может служить применяемый в СИ вид измерительных сигналов. В соответствии с ним методы делятся на аналоговые и цифровые.

Наиболее разработанной является классификация по совокупности приемов использования принципов и средств измерений. По этой классификации различают метод непосредственной оценки и методы сравнения (рис. 2.6). Эти устоявшиеся в литературе названия, как справедливо отмечено в [24], не совсем удачны, поскольку наводят на мысль о возможности измерения без сравнения. Представляется [24] более правильным говорить о опосредованном и непосредственном сравнении с мерой. При этом непосредственным и опосредованным сравнение может быть как во времени, так и в отношении физической природы измеряемых величин.

Сущность метода непосредственной оценки состоит в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) средств измерений, которые заранее проградуированы в единицах измеряемой величины или единицах других величин, от которых она зависит. Это наиболее распространенный метод измерения. Его реализуют большинство средств измерений.

Рис. 2.6. Классификация методов измерения

Простейшими примерами метода непосредственной оценки могут служить измерения напряжения электромеханическим вольтметром магнитоэлектрической системы или частоты импульсной последовательности методом дискретного счета, реализованным в электронно-счетном частотомере.

Другую группу образуют методы сравнения: дифференциальный, нулевой, совпадений, замещения. К ним относятся все те методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Следовательно, отличительной особенностью этих методов сравнения является непосредственное участие мер в процессе измерения.

При дифференциальном методе измеряемая величина Х сравнивается непосредственно или косвенно с величиной Хм воспроизводимой мерой. О значении величины Х судят по измеряемой прибором разности DХ = Хм — Х и по известной величине Хм, воспроизводимой мерой. Следовательно, Х = Хм + DХ. При дифференциальном методе производится неполное уравновешивание измеряемой величины. Он сочетает в себе часть признаков метода непосредственной оценки и может дать весьма точный результат измерения, если только измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, мало отличаются друг от друга. Например, если разность этих двух величин составляет 1% и измеряется с погрешностью до 1%, то тем самым погрешность измерения искомой величины уменьшается до 0,01% (если не учитывать погрешность меры).

Примером дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое представляет собой искомую величину.

Нулевой метод является разновидностью дифференциального метода. Его отличие состоит в том, что результирующий эффект сравнения двух величин доводится до нуля. Это контролируется специальным измерительным прибором высокой точности – нуль-индикатором. В данном случае значение измеряемой величины равно Значению, которое воспроизводит мера. Высокая чувствительность нуль-индикаторов, а также выполнение меры с высокой точностью позволяют получить малую погрешность измерения. Пример нулевого метола — взвешивание на весах, когда на одном плече находится взвешиваемый груз, а на другом — набор эталонных грузов. Другой пример — измерение сопротивления с помощью уравновешенного моста.

Читайте также:  Средство по уходу за ружьями

Метод замещения заключается в поочередном измерении прибором искомой величины и выходного сигнала меры, однородного с измеряемой величиной. По результатам этих измерений вычисляется искомая величина. Поскольку оба измерения производятся одним и тем же прибором в одинаковых внешних условиях, а искомая величина определяется по отношению показаний прибора, погрешность результата измерения уменьшается в значительной мере. Так как погрешность прибора неодинакова в различных точках шкалы, наибольшая точность измерения получается при одинаковых показаниях прибора.

Пример метода замещения, это измерение большого электрического активного сопротивления, путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый и образцовый резисторы. Питание цепи при измерениях должно осуществляться от одного и того же источника постоянного тока. Выходное сопротивление источника тока и измерительного прибора – амперметра, должно быть очень мало по сравнению с измеряемыми сопротивлениями.

При методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Этот метод широко используется в практике неэлектрических измерений. Примером может служить измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом. Примером использования данного метода в электрических измерениях является измерение частоты вращения тела посредством стробоскопа. Метод измерений реализуется в средстве измерений — техническом средстве, используемом при измерениях и имеющем нормированные метрологические свойства (ГОСТ 16263 — 70). Такое определение представляется не совсем удачным. По сути дела, под СИ следует понимать техническое средство, предназначенное для измерений и позволяющее решать измерительную задачу путем сравнения измеряемой величины с единицей или шкалой ФВ [24].

Средство измерений является обобщенным понятием, объединяющим самые разнообразные конструктивно законченные устройства, которые обладают одним из двух признаков:

— вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о размере (значении) измеряемой величины;

— воспроизводят величину заданного (известного) размера.

Объединение технических средств по этим двум признакам сделано только из соображений целесообразности общего метрологического анализа, удобства изложения и регламентации метрологических требований и правил, единых для всех видов СИ.

При использовании СИ весьма важно знать степень соответствия выходной измерительной информации истинному значению определяемой величины. Для ее установления введено правило, по которому требуется нормировать метрологические характеристики всех средств измерений. Метрологические характеристики — это характеристики свойств СИ, которые оказывают влияние на результат измерений и его погрешности и предназначены для оценки технического уровня и качества СИ, а также определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Средство измерений входит в обе ветви структуры измерения (см. рис. 2.5). В реальности оно взаимодействует с объектом измерений, в результате чего появляется входной (для СИ) сигнал и отклик на него — выходной сигнал, подлежащий обработке с целью нахождения результата измерения и оценки его погрешности. В области отражений СИ описывается моделью, необходимой для эффективной обработки опытных данных. Эта модель представлена совокупностью его метрологических характеристик.

Средства измерений могут быть элементарными (меры, устройства сравнения и измерительные преобразователи) и комплексными (регистрирующие и показывающие измерительные приборы, системы, измерительно-вычислительные комплексы).

Условия измерений

В процессе измерения важную роль играют условия измерения — совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений. Влияющая величина — это физическая величина, не измеряемая данным СИ, но оказывающая влияние на его результаты.

Изменение условий измерения приводит к изменению состояния объекта измерения. Это в свою очередь определяет влияние условий измерения на выделенную ФВ и через нее — на измеряемую величину и отклонение значения действительной величины от той, что была определена при формировании измерительной задачи. Влияние условий измерения на СИ проявляется в изменении его метрологических характеристик. При этом та часть погрешности измерения, которая возникает из-за изменения условий, называется дополнительной погрешностью.

Читайте также:  В каком из вариантов указаны только электрозащитные средства

В соответствии с установленными для конкретных ситуаций диапазонами значений влияющих величин различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений. Нормальные условия измерений — это условия, при которых влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения. Нормальная область значений влияющей величины — это область значений, в пределах которой изменением результата измерений под воздействием влияющей величины можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности. Нормальные условия измерений задаются в нормативно-технической документации на СИ. При нормальных условиях определяется основная погрешность данного СИ.

Рабочими называются условия измерений, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей. Рабочая область значений влияющей величины — это область, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность или изменение показаний СИ. Предельные условия измерений — это условия, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые СИ может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик.

Источник



Принципы построения средств измерений

Средство измерений (СИ) является обобщенным понятием, объединяющим самые разнообразные, конструктивно законченные устройства, которые реализуют одну из двух функций:

− воспроизводят величину заданного (известного) размера (например, гиря — заданную массу, магазин сопротивлений — ряд дискретных значений сопротивления);

− вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о значении измеряемой величины. Показания СИ либо непосредственно воспринимаются органами чувств человека (например, пока­зания стрелочного или цифрового приборов), либо используются для преобразования другими СИ.

Последняя функция, являющаяся основной, может быть реализована посредством измерения. СИ должны содержать устройства, которые выполняют операции. В их число входят измерительные преоб­разователи, меры и устройства сравнения (компараторы) [12, 35].

Обобщенная структурная схема СИ показана на рис. 2.1. Сигнал с выхода измерительного преобразователя (ИП) поступает на первый вход устройства сравнения, на второй вход которого подается известный сигнал с выхода многозначной меры. Сравнение измеряемой и известной величин осуществляется при помощи устройства сравнения. Роль последнего в простейших СИ выполняет человек. Процесс изменения прекращается при достижении равенства между величинами и с точностью до кванта .

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема средства измерения

Структурная схема, показанная на рис.2.1, описывает три возможных результата:

− СИ включает все блоки и вырабатывает цифровой сигнал , доступный восприятию органами чувств человека. Возможно формирование выходных сигналов и , предназначенных только для преобразования другими СИ;

− СИ состоит только из измерительного преобразователя, выходной сигнал которого равен ;

− СИ содержит только меру, выходной сигнал которого равен аналоговому .

Работать СИ могут в двух режимах: статическом и динамическом. Статический режим — это такой режим работы СИ, при котором изменением измеряемой величины за время, требуемое для проведений одного измерения, можно пренебречь. В динамическом режиме такое пренебрежение недопусти­мо, поскольку указанное изменение превышает допустимую погрешность.

Дата добавления: 2015-12-08 ; просмотров: 960 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Электронная библиотека

Метод измерений – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Принцип измерений – это физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

Например, применение эффекта Доплера для измерения скорости; использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием.

Методы измерения можно классифицировать по разным признакам. Наиболее разработанной является классификация по совокупности приемов использования принципов и средств измерений. По этой классификации различают метод непосредственной оценки и методы сравнения (рис. 7.1).

Метод непосредственной оценки – это метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Это наиболее распространенный метод измерения. Его реализуют большинство средств измерений.

Другую группу образуют методы сравнения: дифференциальный, нулевой, дополнения, замещения. К ним относятся все те методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой.

Дифференциальный метод это 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. Измеряемая величина C сравнивается непосредственно или косвенно с величиной Cм, воспроизводимой мерой. О значении величины C судят по измеряемой прибором разности DC = C — Cм и по известной величине Cм, воспроизводимой мерой. Следовательно, C = Cм + DC.

Читайте также:  Как в 1с провести перемещение денежных средств

Примером дифференциального метода могут служить измерения, выполняемые при поверке мер длины сравнением с эталонной мерой на компараторе.

Нулевой метод является разновидностью дифференциального метода. Это такой метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

Например, индикатор закрепляют в стойке на плите и устанавливают на нуль по какому-то образцу, а затем измеряют деталь. В этом случае индикатор будет показывать отклонение размера контролируемой детали относительно размера установочного образца.

Метод измерений замещением – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.

Например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы груза и гирь на одну и ту же чашу весов.

Метод измерений дополнением – это метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.

РМГ 29-99 предусмотрены также контактный и бесконтактный методы измерений.

Контактный метод измерений – это метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения.

Например, измерение диаметра вала измерительной скобой или контроль проходным и непроходным калибрами, измерение температуры тела термометром.

Бесконтактный метод измерений – это метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения.

Например, измерение расстояния до объекта радиолокатором.

Методика выполнения измерений (МВИ) – это установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.

Задания к разделу 7: Ответить на вопросы по своему варианту (номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки).

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