Вопрос 17. Назначения технических измерений. Методы технических измерений. Мосто­вой и компенсационный методы измерений.

Техническое измерение – это совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с её единицей и получить значение величины.

Метод измерений – приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Средство измерения – техническое средство, используемое при измерениях, и имеющее нормированные метрологические свойства.

Виды измерений обычно классифицируются по следующим признакам:

• характеристике точности – равноточные, неравноточные (равнорассеянные, неравнорассеянные);

• числу измерений – однократные, многократные;

• отношению к изменению измеряемой величины – статические, динамические;

• метрологическому назначению – метрологические, технические;

• выражению результата измерений – абсолютные, относительные;

• по общим приёмам получения результатов измерений – прямые, косвенные, совместные, совокупные.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений и в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз.

Многократные измерения – измерения одного и того же размера физической величины, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом наблюдений, т.е. состоящих из ряда однократных измерений.

Прямое измерение – измерение физической величины, проводимое прямым методом, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно из опытных данных. Прямое измерение производится путём экспериментального сравнения измеряемой физической величины с мерой этой величины или путём отсчёта показаний средства измерения по шкале или цифровому прибору. (Например, измерения длины, высоты с помощью линейки; напряжения – с помощью вольтметра, массы с помощью весов.)

Косвенное измерение – измерение, проводимое косвенным методом, при котором искомое значение физической величины находят на основании результата прямого измерения другой физической величины, функционально связанной с искомой величиной известной зависимостью между этой физической величиной и величиной, получаемой прямым измерением.

Совместные измерения – одновременно проводимые измерения двух или нескольких не одноимённых физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные измерения – одновременно проводимые измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путём решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.

Методы технических измерений

Значение физической величины определяется с помощью средств измерения конкретным методом. Под методом измерения понимается совокупность приёмов использования принципов и средств измерения.

Различают следующие методы измерения:

• метод непосредственной оценки;

• метод сравнения с мерой;

• метод противопоставления;

• дифференциальный метод;

• нулевой метод;

• метод замещения;

• метод совпадений.

Метод непосредственной оценки – метод, в котором значение величины определяют непосредственно по отчётному устройству измерительного прибора (измерение длины с помощью линейки, массы – с помощью пружинных весов, давления – с помощью манометра и т.п.).

Метод сравнения с мерой – метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение зазора между деталями с помощью щупа, измерение массы на рычажных весах с помощью гирь, измерение длины с помощью концевых мер и т.д.).

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами (измерение массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и уравновешивающих её гирь на двух чашках весов).

Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, воспроизводимой мерой (измерение длины сравнением с образцовой мерой на компараторе – средстве сравнения, предназначенном для сличения мер однородных величин).

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

Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (взвешивание с поочерёдным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов).

Метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение от меток шкал или периодических сигналов (измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом, когда наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса; измерение частоты вращения с помощью стробоскопа, когда положение какой-либо отметки на вращающемся объекте совмещают с отметкой на не вращающейся части этого объекта при определённой частоте вспышек стробоскопа).

Мостовой метод измерения

Неуравновешенный мост

Неуравновешенный мост преобразует пере­менное сопротивление в напряжение. Мост состоит из делителя Д₁ с переменным резистором R₁ и дели­теля Д₂ с постоянными резисторами R₃ и R₄.

Входным сигналом моста является сопротив­ление переменного резистора R₁, а выходным – на­пряжение ΔU, равное разности выходных сигналов делителей U₁ и U₂.

Неуравновешенный мост реализует диффе­ренциальный метод измерения, а делитель Д₂ пред­ставляет собой меру.

Компенсационный метод измерения

Уравновешенный мост

Мост состоит из делителя Д₁ образованного двумя переменными резисторами: R₁ и реохордом R₂, делитель Д₂ образован постоянными резисторами R₃ и R₄. Наличие в делителе Д₁ двух переменных резисторов позволяет получить на его выходе постоянное по величине напряжение U₁ при переменной величине сопротивления резистора R₁. Это достигается перемещением движка реохорда R₂. Например, при увеличении R₁, необходимо увеличить r. Такой операцией при любой величине входного сопротивления R₁ может быть достигнуто состояние равновесия моста, при котором U₁ = U₂ и ΔU = 0. Из этого следует, что с помощью уравновешенного моста реализуется нулевой метод (метод компенсации) измерения сопротивления.