Принципы, методы и методики измерений

Процесс измерения, способы проведения его и средства измерений, при помощи которых происходит измерение, зависят от измеряемой физической величины, существующих методов и условий измерений. При выполнении измерений технологических параметров применяются различные методы.

Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

Примеры: использование эффекта Доплера для измерения скорости, использование эффекта Джозефсона для измерения электрического напряжения, использование термоэлектрических явлений для измерения температуры.

Термоэлектрические явления — совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в твердых проводниках. К термоэлектрическим явлениям относятся эффекты Зеебека, Пельтье, Томсона.

Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Классификация методов измерения технологических параметров разнообразна, поэтому выделим лишь некоторые отличительные признаки методов.

При контактном методе измерений чувствительный элемент средства измерений приводится в контакт с объектом измерений.

Например, измерение температуры тела термометром расширения.

Для бесконтактного метода измерений характерно отсутствие контакта чувствительного элемента средства измерений с объектом измерений.

Например, измерение температуры в стекловаренной печи пирометром.

Метод непосредственной оценки — метод измерений, в котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений, отградуированному в единицах измеряемой величины.

Например, измерение температуры термометром, отградуированным в градусах Цельсия; измерение давления манометром, отградуированным в паскалях.

Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями (мерами массы с известным значением) или измерение ТЭДС термопары на компенсаторе сравнением с известной ЭДС нормального элемента.

Нулевой метод измерений — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

Примеры: измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием, измерение массы на равноплечих и неравноплечих весах (сравнение на рычаге силовых эффектов действия масс), измерение давления грузопоршневыми манометрами (сравнение на поршне силовых эффектов измеряемого давления и мер массы), измерение напряжения постоянного тока электрическим компенсатором (сравнение на сопротивлении падений напряжения от измеряемой ЭДС и ЭДС нормального элемента или другого образцового источника), измерение температуры радиационным пирометром (сравнение наблюдателем яркостей свечения объекта измерения и нити накаливания пирометрической лампы током образцового элемента).

Сравнение осуществляется с помощью компенсационных или мостовых схем (цепей). Компенсационные цепи применяются для сравнения активных величин, т. е. несущих в себе некоторый запас энергии (сил, давлений и моментов сил, электрических напряжений и токов, яркости источников излучения).

При сравнении (компенсации) воспроизводимая мера используется для компенсации измеряемой величины во всем диапазоне изменений, а также для показания значения. Поэтому для осуществления этого метода необходима изменяющаяся мера высокого качества.

Структурная схема средства измерений сравнения представлена на рис. 5.2, б. Сравнение осуществляется в устройстве сравнения, в котором обычно одна величина вычитается из другой. Используя выходной сигнал устройства сравнения, с помощью преобразователя П можно управлять мерой. Поскольку в средствах измерений, основанных на методе сравнения, измеряемая величина уравновешивается (компенсируется) величиной, воспроизводимой мерой, их также называют средствами измерений с уравновешивающим (компенсационным) преобразованием.

Для сравнения пассивных величин (электрических, гидравлических, пневматических и других сопротивлений) применяются мостовые цепи типа электрических уравновешенных или неуравновешенных мостов.