5.Метод сравнения

Методом сравнения называется совокупность приемов использования физических явлений и процессов для определения соотношения однородных величин. Наиболее часто это соотношение устанавливается по знаку разности сравниваемых величин.

Далеко не каждую физическую величину можно сравнить при этом с себе подобной. Все физические величины в зависимости от возможности создания разностного сигнала делятся на три группы. К первой группе относятся физические величины, которые можно вычитать и, та­ким образом, непосредственно сравнивать без предварительного преобразования. Это - электрические, магнитные и механические величины. Ко второй группе относятся физические величины, неудобные для вычитания, но удобные для коммута­ции, а именно: световые потоки, ионизирующие излучения, потоки жидкости и газа. Третью группу образуют физические величины, характеризующие состояние объектов или их свойств, которые физически невозможно вычитать. К таким физическим величинам отно­сятся влажность, концентрация веществ, цвет, запахи др.

Параметры сигналов первой группы наиболее удобны для сравнения, второй - менее удобны, а третьей - непосредственно сравнивать невозможно. Однако последние необходимо сравнивать и измерять, поэтому их приходит­ся преобразовывать в другие величины поддающиеся сравнению.

Для выполнения сравнения применяют меры физических величин, ко­торые входят в цепь обратного преобразования (уравновешивания). Проце­дура сравнения размера измеряемой физической величины x с размером выходкой величины регулируемой многозначной меры N состоит из следующих элементарных операций:

-измерительное преобразование измеряемой физической величины x в другую физическую величину f(x), однородную или неоднородную с ней;

-воспроизведение по заданному значению N с оговоренной точностью физической величины f(N) однородной величине f(x);

-сравнение однородных физических величин f(x) и f(N).

Степень совершенства операции воспроизведения физической величины заданного размера определяется постоянством размера каждой ступени квантования меры и степенью многозначности, то есть числом N воспроизводимых известных значений.

Методы сравнения разделяют на дифференциальный, нулевой, совпадений, замещения.

5.1.Нулевой метод

Нулевой метод - метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект сравнения измеряемой и образцовой величин доводят до нуля, то есть f(x) = f(N). Это контролируется специальным средством измерения- нуль-индикатором (компаратором). Например, при измерении электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием R(x) = R(N) (см. рис.3). Высокая чувствительность нуль-индикаторов, а также выполнение меры с высокой точностью позволяют получить малую погрешность измерения.

Рис. 3 Схема средства измерения нулевого метода

5.2.Дифференциальный метод

В дифференциальном методе мерой f(N) не полностью уравновешивают измеряемую величину f(x). Разность f(x)-f(N) измеряется прибором непосредственной оценки в масштабе измеряемой величины x. Разность, полученная в результате уравновешивания, и значение воспроизведенное мерой суммируются, то есть результатом измерения является x=N (см. рис.4). Например, измерения температуры в скважине с компенсацией части сигнала с помощью ГКП, отградуированного в градусах. Дифференциальный метод позволяет получать результаты с высокой точностью даже при применении относительно грубых средств для измерения разности. Например, если разность составляет 1% и измеряется с погрешностью до 1%, то тем самым погрешность измерения искомой величины уменьшается до 0,01% (если не учитывать погрешность меры).

Дифференциальные и нулевые методы нашли очень широкое применение во всех видах измерений: от технических до сличения эталонов – так как используются меры (гири, нормальные элементы и др.) точнее, чем соответствующие им по стоимости и степени сложности приборы.

Рис. 4 Схема средства измерения дифференциального метода