Материал: Метрология, стандартизация, сертификация. учебное пособие. Орловцева О.А., Надеев А.А

ческой величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Точность измерения может быть выше, чем точность непосредственнойоценки.

Методы сравнения в зависимости от наличия или от-

сутствия при сравнении разности между измеряемой величиной и величиной (от результата измерений), воспроизводимой мерой, подразделяют на нулевой и дифференциальный.

Нулевой метод – это метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на средство сравнения доводят до нуля.

Пример: измерение сопротивления резистора с помощью четырехплечевого моста, в котором падение напряжения на резисторе с неизвестным сопротивлением уравновешивается падением напряжениянарезистореизвестного сопротивления.

На рис. 5 представлена структура измерительной системы, реализующей нулевой метод.

Рис. 5. Компенсационный метод измерения

Структурная схема измерительной системы включает компаратор (средство сравнения однородных величин), детектор балансировки (ДБ), балансировочное устройство (БУ), источник эталонной величины (ИЭВ) и выходную ступень. С помощью балансирующего устройства и детектора балансировки источник эталонной величины настраивают таким обра-

56

зом, чтобы разность x xэт стремилась к 0. При выполне-

нии этого условия измеряемая величина x будет равна xэт .

Выходная ступень измерительной системы реализует измерительное уравнение

xэт y[X].

Дифференциальный метод – это метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, при котором измеряется разность между этими двумя величинами. Таким образом, в процессе реализации данного метода на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой; при этом уравновешивание измеряемой величины известной производитсянеполностью.

Пример: измерение напряжения постоянного тока с помощью дискретного делителя напряжения, источника образцового напряженияивольтметра.

На рис. 6. показана структура измерительной системы, в основе которой лежит дифференциальный метод.

Рис. 6. Дифференциальный метод отклонения

57

В структурную схему измерительной системы по этому методу входит источник эталонной величины xэт (ИЭВ) и

средство сравнения однородных величин (компаратор). Задачей последнего является получение разности между измеряемой величиной и известной величиной эталонного источника. Измерительным уравнением в данном случае будет выражение вида:

x xэт y[X].

Примером реализации данного метода измерений является измерительная система с применением дифференциальной термопары для измерения температуры объекта исследования. Один спай такой термопары устанавливается на объекте измерений, а второй в термостат с известной температурой, например, сосуд Дьюара с кубиками тающего льда. Здесь термопара играет роль и измерительного преобразователя, и суммирующего элемента. Термо-ЭДС, вырабатываемая такой термопарой, будет прямо пропорциональна разности температур между объектом измерения и термостатом.

Как в нулевом, так и в дифференциальном методе в зависимости от принципа реализации метода могут быть выделены методы противопоставления, дополнения, замещения и совпадения.

Метод противопоставления – это метод, при котором измеряемая и воспроизводимая величина одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между величинами.

Пример: измерение веса с помощью рычажных весов и набора гирь.

Метод замещения – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Таким образом, при реализации данного метода производится поочерёдное подключение на вход прибора измеряемой величины и известной величины, и по двум показаниям прибора оценивается значение измеряемой величины, а затем подбором известной величины добиваются, что-

58

бы оба показания совпали. При этом методе может быть достигнута высокая точность измерений при высокой точности меры известной величины и высокой чувствительности прибора.

Пример: точное измерение малого напряжения при помощи высокочувствительного гальванометра, к которому сначала подключают источник неизвестного напряжения и определяют отклонение указателя, а затем с помощью регулируемого источника известного напряжения добиваются того же отклонения указателя. При этом известное напряжение равно неизвестному.

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

Пример: нахождение массы, когда на одной чашки гирь находится гиря высокой точности, а на другой измеряемая величина и набор из нескольких небольших гирь. При этом масса находится как разница между высокоточным эталоном и сумой гирь.

Метод совпадения – это метод, при котором измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

Пример: измерение частоты вращения детали с помощью мигающей лампы стробоскопа: наблюдая положение метки на вращающейся детали в моменты вспышек лампы, по известной частоте вспышек и смещению метки определяют частоту вращения детали. Для оценки совпадения можно использовать прибор сравнения или органолептику, фиксируя появление определённого физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот, плавление или застывание индикаторного вещества при достижении определённой температуры и другиефизические эффекты).

59

1.3.Прикладная метрология

1.3.1.Задачи и область применения прикладной метрологии

Практическая (прикладная) метрология – раздел мет-

рологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.

Основные задачи прикладной метрологии:

-экспериментальные исследования физических явлений

ипроцессов, способных составить основу новых эталонов, в большей степени отвечающих перспективным требованиям практики. По своему содержанию и целям эти работы практически смыкаются с общефизическими исследованиями. К ним, в частности, относятся исследования квантовых явлений микромира, уточнение фундаментальных физических констант;

-экспериментальные исследования свойств эталонов физических величин с целью установления их метрологических характеристик и потенциальных возможностей. Изученные эталоны применяют для поверочных целей и в экспериментальных исследованиях в качестве прецизионных инструментов наряду с другими изделиями научного и аналитического приборостроения;

-экспериментальное изучение свойств измерительных приборов, датчиков, стандартных образцов;

-создание и совершенствование законодательных основ измерительной техники;

-организация поверочных работ. Из-за влияния различных факторов в средствах измерений протекают деградационные процессы, в результате чего метрологические характеристики средств измерений не остаются постоянными и требуют периодической поверки. Основная цель поверочных процедур

– обеспечение единства измерений;

-организация работ по определению качества продукции

иеё сертификации Оптимизация измерительного эксперимента, повышение точности измерений.

60