Основные понятия и определения

 

Давайте вспомним, что вообще понимают под измерением? Какова его сущность?

Процесс измерения характеризуется с одной стороны восприятием и отображением физической величины, а с другой стороны – нормированием, то есть присвоением ей определенного числового значения (размера).

Размер а величины Х представляет собой отношение измеряемой величины к величине N, принимаемой за эталон (единицу измерения):

Х=а N.

При этом для проведения указанных операций должны быть удовлетворены две основные предпосылки.

1. Подлежащая измерению физическая величина должна быть однозначно определена.

2. Единицы измерения должны быть установлены соглашением.

Имеется принципиальное различие между размером физической величины и ее значением. Размер величины Х не зависит от выбора единицы, а числовое значение N полностью им определяется.

Величины и единицы их измерения, определяемые независимо друг от друга, называются абсолютными или основными. Генеральной конференцией по мерам и весам установлены 7 физических величин, единицы измерения которых приняты за основные: длина, масса, время, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества.

 

Меры.

Мерой называется СИ в виде тела или устройства, предназначенное для хранения и (или) воспроизведения физической величины заданного размера (концевые меры длины, гири, градуированные шкалы и т.д.).

 

Измерительный прибор.

Измерительный прибор представляет собой СИ, предназначенное для выработки под воздействием измеряемой величины сигнала измерительной информации, функционально связанного с числовым значением измеряемой величины; а также для отображения полученного сигнала на отсчетном (индикаторном) устройстве или для регистрации этого сигнала. При этом используются различные физические принципы; существуют оптические, механические, пневматические, электрические и др. измерительные приборы.

Измерительная установка.

Измерительная установка – это совокупность функционально объединенных СИ (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного воспроизведения наблюдателем (силоизмерительные машины, машины для испытания образцов на упругость, разрыв и т.д.).

 

Измерительная система.

Измерительная система – это совокупность СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления (разветвленно-измерительная система, функционально связанная с ЭВМ).

 

Эталоны.

Эталоны – это СИ, обеспечивающие воспроизведение и хранение единицы физической величины с целью передачи размера единицы образцовым, а от них рабочим СИ.

 

Измерительный преобразователь.

Измерительный преобразователь – это СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации, не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателя, в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения.

По месту, занимаемому в измерительной цепи СИ – преобразователи делятся на первичные, передающие и промежуточные.

Первичный преобразователь – это преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, которая на него непосредственно воздействует (термопара в цепи термоэлектрического термометра). Физическая величина, в которую преобразует измеряемую величину первичный преобразователь, может быть подведена к измерительному механизму, подана на другой преобразователь и т.д.

Передающий преобразователь – измерительный преобразователь, служащий для дистанционной передачи измерительной информации. Очевидно, что преобразователь может одновременно выполнять функции первичного и передающего.

Промежуточный преобразователь – преобразователь, занимающий в цепи место после первичного.

Измерительные преобразователи могут быть взаимозаменяемыми, ограниченно взаимозаменяемыми и невзаимозаменяемыми.

 

Методы измерения

 

Методы измерения, понимаемые как способы действий, можно классифицировать и расценивать с самых разных точек зрения.

1) По способу получения числового значения измеряемой величины:

- прямые,

- косвенные,

- совокупные,

- совместные.

Метод прямого измерения характеризуется тем, что исходное измеряемое значение физической величины находят непосредственно сравнением с образцовой мерой этой величины (измерение длины линейкой).

Косвенный метод измерений характеризуется тем, что искомое измеряемое значение зависит от других физических величин и определяется на основе использования этой зависимости (электрическое сопротивление в цепи постоянного тока определяется путем прямых измерений силы тока амперметром и напряжения вольтметром с последующим вычислением сопротивления).

Совокупные измерения представляют собой неоднократные, обычно прямые измерения одной или нескольких одноименных величин (при различных их сочетаниях) с получением общего результата измерений путем решения совместно системы уравнений, составляемых по частным результатам измерений. Например, к совокупным измерениям относится процесс определения взаимоиндуктивности между катушками путем двукратного измерения их общей индуктивности. В одном из методов вначале катушки соединяются так, чтобы их магнитные поля складывались, и измеренная общая индуктивность

,

где  – индуктивность 1-й катушки;

 – индуктивность 2-й катушки;

 – взаимоиндуктивность.

Затем катушки соединяются так, чтобы их магнитные поля вычитались, и измеряют общую индуктивность

.

Решая эти два уравнения, определим искомую величину М:

.

Совместные измерения состоят в одновременном измерении двух или нескольких неодноименных величин с последующим получением результата путем решения системы полученных при измерениях уравнений. Пусть требуется найти зависимость сопротивления терморезистора от температуры

,

где  – значение сопротивления при Т=0⁰С;

Т – температура окружающей среды, ⁰С;

A и В – постоянные величины, которые необходимо определить.

Измерив ,  и терморезистора при температуре Т₀, Т₁, и Т₂, определяемой с помощью термометра, и решив в соответствии с данным уравнением систему из трех уравнений, найдем значение величин A и В и, таким образом, получим искомую зависимость.

 

2) По варианту считывания рабочего сигнала методы измерений делятся на:

- аналоговые,

- цифровые.

Аналоговый метод. В процессе измерения информация о числовом значении измеряемой величины передается с помощью сигналов. При аналоговом способе измерения устанавливается прямая связь между значением измеряемой величины и значением физической величины сигнала. Так, например, в ртутном термометре высота столбика соответствует определяемой температуре. Таким образом, используется не само числовое значение, а аналоговая величина.

Цифровой метод. В противоположность этому цифровой метод измерения характеризуется тем, что результат измерения, точное числовое значение (размер) вырабатывается в измерительном устройстве или выводится на него. При этом обработка сигнала производится числовым методом, как в цифровых вычислительных машинах.

Преимущество аналогового вывода: наглядность, большой объем одновременно передаваемой информации и простота реализации; недостаток – невысокая точность.

Преимущество цифровых: более высокая точность; недостаток: большая продолжительность времени на сбор информации и на вывод результата. Точность строго определена.

 

3) По варианту характеристик функций измеряемых значений методы измерений делятся на:

- непрерывные,

- дискретные.

При непрерывном методе измерения все элементы измерительного устройства работают непрерывно во времени

Дискретная система содержит по крайне мере один элемент, работающий не непрерывно. Очевидно, что при дискретном методе измерения измерительная информация теряется. Если по графическому изображению какой-либо функции времени построить таблицу значений абсцисс и ординат, то промежуточные значения функции будут утеряны. Это наглядное подтверждение того, что аналого-цифровое преобразование всегда приводит к дискретной системе и принудительно связано с потерей части информации.

 

4) По варианту выбранной методики снятия показаний методы измерения делятся на:

- метод отклонения,

- компенсационный метод,

- метод совпадения.

Метод отклонения (дифференциальный или разностный метод) – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

Проиллюстрируем на примере измерения длины.

 

 

Рис.2

где X – длина измеряемого тела,

l – точно известный размер меры.

Измерив разность а, мы узнаем длину X:

X=l+а,

учтя погрешность измерения, мы получим величину X.

Структурная схема этого метода измерений характеризуется последовательной цепью прохождения действий. В этой структуре нет проблем с точки зрения динамики. Цепь устойчива, если устойчивы все ее элементы. Однако при реализации этого метода возникают некоторые трудности.

Первая касается качества вычислительных операций, в частности сравнения измеряемой величины с мерой. Очень часто мерой является сила калиброванной пружины. Трудность состоит в обеспечении точности и линейности ее характеристики при больших отклонениях. Кроме того, при возрастании отклонения увеличивается и сила, действующая на механизм сравнения. Это приводит к погрешностям и нежелательной нелинейности.

Вторая трудность касается возможного обратного воздействия процесса измерения, когда на измеряемую величину, энергия, необходимая для измерения, отбирается от самого процесса. Наиболее известным примером такого воздействия является измерение напряжения высокоомного источника с помощью вольтметра, действующего по методу отклонений.

Компенсационный метод (нулевой метод). Измеряемую величину сравнивают с величиной, значение которой известно. Последнюю выбирают таким образом, чтобы разность между измеряемой и известными величинами равнялась нулю. Совпадение значений этих величин отмечают при помощи нулевого указателя (взвешивание с помощью гирь).

Недостаток метода: необходимость иметь СИ, позволяющее воспроизводить любые значения известной величины без существенного понижения точности. Преимущество: при использовании метода отклонений требуется мера, значение которой близко к значению измеряемой величины, а для нулевого можно применять составные меры, каждая из которых во много раз меньше этой величины.

Метод совпадений – это метод, характеризующийся использованием совпадений отметок шкал или периодических сигналов (нониус штангенциркуля).

 

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 349; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!