Материал: 1881

известную зависимость. Косвенные измерения в ряде случаев позволяют получить более точные результаты, чем прямые измерения.

Например, погрешности прямых измерений углов угломерами на порядок выше погрешностей косвенных измерений углов с помощью синусных линеек.

Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин. Целью этих измерений является нахождение функциональной связи между величинами.

Пример 1. Построение градировочной характеристики y = f(x) измерительного преобразователя, когда одновременно измеряются наборы значений:

X1, X2, X3, …, Xi, …,Xn

Y1, Y2, Y3, …, Yi, …,Yn

Пример 2. Определение температурного коэффициента сопротивления путем одновременного измерения сопротивления R и температуры t, а затем определение зависимости (t) = R/ t:

R1, R2, …, Ri, …, Rn

t1, t2, …, ti, …, tn

Совокупные измерения осуществляются путем одновременного измерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение находят решением системы уравнений, получаемых в результате прямых измерений различных сочетаний этих величин.

Пример: значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь.

Имеются гири массами m1, m2, m3.

Масса первой гири определится следующим образом:

m1 M1

Масса второй гири находится как разность массы первой и вто-

рой гирь М1,2 и измеренной массы первой гири m1 :

m2 M1,2 m1

Масса третьей гири определится как разность массы первой, второй и третьей гирь (M1,2,3) и измеренных масс первой и второй

гирь (m1,m2 ):

m3 M1,2,3 m1 m2

26

Часто именно этим путем добиваются повышения точности результатов измерения.

Совокупные измерения отличаются от совместных только тем, что при совокупных измерениях одновременно измеряют несколько одноименных величин, а при совместных – разноименных.

Совокупные и совместные измерения часто применяют при измерении различных параметров и характеристик в области электротехники.

По характеру изменения измеряемой величины бывают статические, динамические и статистические измерения.

Статические – измерения неизменных во времени ФВ, например, измерение длины детали при нормальной температуре.

Динамические – измерения изменяющихся во времени ФВ, например измерение расстояния до уровня земли со снижающегося самолета или напряжение в сети переменного тока.

Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.

По точности существуют измерения с максимально возможной точностью, контрольно-поверочные и технические.

Измерения с максимально возможной точностью – эталонные измерения, связанные с точностью воспроизведения единиц физической величины, измерения физических констант. Эти измерения определяются существующим уровнем техники.

Контрольно-поверочные – измерения, погрешность которых не должна превышать некоторое заданное значение. К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники, измерения заводскими измерительными лабораториями и другие, осуществляемые при помощи средств и методик, гарантирующих погрешность, не превышающую заранее заданного значения.

Технические измерения – измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений (СИ). Это наиболее массовый вид измерений, проводится с помощью рабочих СИ, погрешность которых заранее известна и считается достаточной для выполнения данной практической задачи.

Измерения по способу выражения результатов измерений могут быть также абсолютными и относительными.

Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин, а также на ис-

27

пользовании значений физических констант. При линейных и угловых абсолютных измерениях, как правило, находят одну физическую величину, например диаметр вала штангенциркулем. В некоторых случаях значения измеряемой величины определяют непосредственным отсчетом по шкале прибора, отградуированного в единицах измерения.

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы. При относительном методе измерений производится оценка значения отклонения измеряемой величины относительно размера установочной меры или образца. Примером является измерение на оптиметре или миниметре.

По числу измерений различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения – это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.

Приведенные виды измерений включают различные методы, т.е. способы решения измерительной задачи с теоретическим обоснованием по принятой методике.

3.2. Методы измерений

По условиям измерения различают контактные и бесконтактные методы измерений.

При контактном методе средства измерения имеют непосредственное соприкосновение измерительных поверхностей инструмента с поверхностью измеряемого объекта.

При бесконтактном методе отсутствует соприкосновение между поверхностью измеряемой детали и измерительными поверхностями инструмента, например, проекционными и другими приборами.

28

По способу сравнения измеряемой величины с единицей существует два основных метода – метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

При методе непосредственной оценки значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству средства измерения, например, измерение температуры – термометром, диаметра детали – штангенциркулем, силы электрического тока – амперметром.

При методе сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями. Существует ряд разновидностей этого метода: дифференциальный, нулевой, метод замещения, метод совпадений.

а) Дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой.

Пример. Измерение длины x стержня, если известна длина l меры (l x). Как показано на рис.3.2, x = l + a (a – измеряемая величина).

Рис. 3.2. Дифференциальный метод измерения

б) Нулевой метод аналогичен дифференциальному, но разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины.

Например, неравноплечие весы, где P1l1 = P2l2 (рис.3.3).

l1 l2

29

в) Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

г) Метод совпадений – метод, где разность между сравниваемыми величинами измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении длины штангенциркулем наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля

инониуса.

3.3.Средства измерений

Используемые при измерениях технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства и предназначенные для нахождения опытным путем с определенной точностью значения заранее выбранной физической величины, называют средствами измерений (СИ). Их подразделяют на меры, калибры, измерительные инструменты и приборы,измерительныеустановкиисистемы,измерительныепринадлежности.

Средства измерения

Рис. 3.4. Основные средства измерения

Мера – это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины заданного размера (например, плоскопараллельная концевая мера длины, гиря – мера массы).

На практике используются однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер. Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера (гиря). Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины. Например, миллиметровая линейка дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и в миллиметрах.

30