Метод отношений

Методом отношений определяют отношение измеряемой величины к величине сравнения. Изменением значений последней можно свести это отношение к единице, т.е. к равенству обеих величин.

Метод замещения

При методе замещения измеряемая величина замещается однородной ей величиной, воспроизводимой мерой. Примером реализации метода может служить измерение емкости Cx конденсатора путем включения его в колебательный контур генератора. Изменением частоты напряжения на контуре достигают резонанса, а затем вместо измеряемого конденсатора включают образцовый конденсатор с известной переменной емкостью, настройкой которого вновь добиваются резонанса. По шкале образцового конденсатора при резонансе определяют его емкость, которая равна Cx.

1.2 Техническая реализация метода отклонений

При технических реализациях этого метода процесс сравнения из­меряемой величины с ее единицей, воспроизводимой мерой, часто ока­зывается более скрытым, нежели, к примеру, измерение длины линей­кой. Во многих случаях измеряемая величина преобразуется в свое ото­бражение, при котором вторичные сигналы отображения возникают в результате обмена энергией между объектом и средством измерений, что вызывает (в случае механиче­ских величин) соответствующие силы (усилия). В измерительном приборе возникает измерительная сила дей­ствия, которой противопоставляется сила противодействия, формируемая специальным устройством. Это устройство и выполняет функцию встроенной меры. При уравновеши­вании указанных сил процесс изме­рения завершается [1].

Для примера рассмотрим работу мембранного манометра (с плоской пластинчатой пружиной), схематич­но изображенного на рисунке 2, а. Измеряемое давление р_и вызывает соответствующий прогиб мембраны 1, который через поворотный рычаг 2 и зубчатую передачу преобразуется в отклонение L стрелки указателя шкалы. На рисунке 2, б показана упрощенная блок-схема сигналов этого манометра, а на рисунке 2, в − полная блок-схема сигналов, вклю­чающая сравнение двух сил − изме­рительной F_м и противодействую­щей F_G.

Измерительная сила соз­дается действием давления р_и на мембрану с площадью поверхности А, т.е. F_м =р_иА. При этом возни­кает противодействующая сила реакции мембраны F_G, пропорциональная высоте прогиба l₁, т.е. F_G = − D_F l₁, где D_F − постоянная пружины. Эта сила на блок-схеме (рисунок 2, в) действует в цепи обрат­ной связи и сравнивается с силой F_м. Наличие такой обратной связи не противоречит принципам метода отклонения, так как сила противо­действия не является аналогом урав­новешивающей величины в компен­сационном методе: сила противо­действия возникает вследствие от­бора энергии от объекта измерений, тогда как для формирования урав­новешивающей величины требуется специальный внешний источник энергии.

а – схематическое изображение; б, в – блок-схемы сигналов.

Рисунок 2 ─ Схема мембранного манометра

При измерениях, основанных на принципах переноса тепловой энер­гии, действие упомянутых выше сил протекает на молекулярном и ато­марном уровнях, и их не указывают на блок-схемах сигналов.

Обобщая изложенное, можно указать следующие характерные особенности метода отклонения.

1. Отображаемый результат из­мерения представляет собой непо­средственную реализацию зависи­мости выходной величины х_а от входной величины х_е, описываемую статической характеристикой сред­ства измерений. При наличии про­межуточных величин х_а, в конечном счете, также зависит от х_е.

2. Выходной сигнал, с учетом погрешностей, представляет собой отображение абсолютного значения измеряемой величины.

3. Обычно шкала прибора, рабо­тающего по методу отклонения, на­чинается с натурального нуля. Однако в некоторых приборах тре­буется коррекция нулевой точки.

4. Обмен энергией между объек­том и средством измерений сопро­вождается их взаимными воздейст­виями. Значимость этих воздействий определяется соотношением требуе­мой и имеющейся в наличии энер­гий. По методу отклонения рабо­тают, например, жидкостные термометры, простейшие электроизмерительные приборы, пружинные весы.