3.3. Метод зрівноваження (компенсаційний)

Цей метод базується на зрівноваженні вимірюваної величини за допомогою регульованої міри та пристрою порівняння рис.3.2.

Міра формує каліброване значення спорідненої з вимірюваною ФВ. У пристрої порівняння ПП визначається розбіжність між та , яка підсилюється в підсилювачі некомпенсації ПН і використовується для регулювання мірила РМ. Процес регулювання здійснюється до моменту виконання умови , що фіксується індикатором І. Рівняння вимірювання цього методу співпадає з (3.7).

РМ – регульоване мірило, ПП – пристрій порівняння, ПН – підсилювач некомпенсації, І – індикатор нуля.

Рис. 3.2

В залежності від системи числення, в якій представляється N, кількості мірил та послідовності вимірювальних операцій, процес зрівноваження може виконуватись одним з таких способів:

– слідкуючим зрівноваженням,

– розгортуючим зрівноваженням,

– порозрядним зрівноваженням.

Ці способи детально будуть розглянуті при вивченні цифрових приладів.

До недоліків методу можна віднести дещо збільшений час вимірювання, який витрачається для регулювання мірила. Але метод має і незаперечні переваги: по-перше, високу точність, яка визначається лише точністю мірила, по-друге, зменшений вплив на вимірювальний об’єкт, оскільки безпосередньо для вимірювання використовується не вся величини х, а певна її частина х-х_0, по-третє, цей метод має високу чутливість, оскільки між мірою та пристроєм порівняння завжди можна включити підсилювач некомпенсації з великим коефіцієнтом підсилення і тим самим підвищити чутливість.

3.4. Диференціальний, або різницевий метод

Цей метод полягає в тому, що більша частина величини х вимірюється за допомогою високоточного мірила, а решта, у межах ступені мірила, вимірюється за допомогою приладу з низькою точністю, але який має високу чутливість.

Метод застосовують у випадках, коли ступінь мірила дуже велика і значно перевищує допустиму похибку вимірювання. Ідею метода ілюструє структура на рис.3.3. Процес вимірювання виконується в 2 етапи.

Рис.3.3

РМ – регульоване мірило, ПП – пристрій порівняння, ВП – вимірювальний прилад.

На першому етапі за допомогою мірила компенсується більша частина х, тобто визначається , для якого виконується нерівність

. (3.11)

На другому етапі отримана різниця вимірюється за допомогою вимірювального приладу ВП

, (3.12)

де - ступінь вимірювання ВП, - відлік по шкалі ВП. Якщо ВП забезпечує відносну похибку вимірювання , де - абсолютна похибка вимірювання ВП, то відносна похибка всього вимірювання становить

. (3.13)

Цей метод забезпечує високу точність, але потребує досить великого часу вимірювання, отже має низьку швидкодію. Крім того метод дозволяє розширити діапазон вимірювання х відносно діапазону вимірювання ВП.

3.5. Метод заміщення

Метод полягає у тому, що величину, яка вимірюється приладом прямої дії заміщують відомою величиною, яка відтворюється за допомогою міри і яка викликає аналогічні показання приладу. Суть метода пояснює рис.3.4. Вимірювання реалізується в два етапа.

Рівняння вимірювання, як і для метода зіставлення, задається рівнянням (3.7). Але на відміну від першого метода похибка вимірювання дещо більша

_. (3.14)

В (3.14) похибка вимірювання прилада подвоюється в наслідок того, що відлік виконується двічі – для х та х_м .

На першому етапі (рис. 3.4, а) виконується вимірювання приладом ВП невідомої величини х і фіксуються показання ВП.

На другому (рис. 3.4, б) на вхід ВП замість х подається величина відомого значенням , зформована регульованою мірою РМ, для якого фіксується теж саме показання ВП.

Рис. 3.4

Даний метод широко застосовують у вимірюваннях потужності сигналів НВЧ, вимірюванні амплітудних характеристик сигналів змінної частоти, зіставляючи теплову дію НВЧ сигналів з дією постійного струму, який можна виміряти значно легше і точніше.

В методі заміщення ВП відіграє роль компаратора, який порівнює (хоча і неодночасно) дві величини. Отже при кожному вимірюванні ВП працює лише в одній точці. Тому він може бути не градуйованим. Варто додати, що до коефіцієнту перетворення ВП висуваються вимоги лише короткочасної стабільності.

При реалізації метода досить жорсткі вимоги висуваються до еквівалентності заміщення, що може бути джерелом додаткових похибок.