3.1 Классификация методов измерения

Классификация методов измерения приведена на Рис. 3.1.

Рис 3.1.

Метод замещения.

Метод замещения можно проиллюстрировать на примере измерения сопротивления .

В начале собирают измерительную цепь, состоящую из источника питания, измеряют сопротивлениеи измерительного прибора. (амперметра А). Вначале фиксируют значение протекающего тока через цепь по числу делений. В этом случае результат А будет равен значению Х плюс погрешность прибора (). А1= Х+. Затем в цепь в местовключают образцовую меру, т.е. магазин сопротивлений (схема 2) и получают результат А2 = Хобр. +, равный результату А1. В этом случае получаем Х += Хобр. +, ,т.е. Х = Хобр.

Как видим, погрешность прибора исключается, а результат будет равен значению образцовой меры. Метод самый точный, но обладает малым быстродействием.

Дифференциальный метод (Рис.3.2.)

Рис.3.2.

Представляет собой метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор поступает разность между измеряемой величиной и мерой. При этом измеряемая величина определяется по известной величине х₀ и измеренной разности , в этом методе уравновешивание измеряемой величины х и известной величины х₀ производится не полностью.

Метод последовательного уравновешивания (полное уравновешивание, нулевой метод) (Рис.3.3.)

При нулевом методе измеряемая разность измеряемой величины и меры сводятся в процессе измерения к нулю, и фиксируется нуль индикатором. (НИ) При этом мера может быть чисто аналоговой или изменяться по квантам.

Рис.3.3.

Пример: измерение термо - ЭДС, термопары, пропорциональной температуре методом прямого преобразования а), и нулевым методом б). (Рис.3.4.)

Рис.3.4.

Метод прямого преобразования обеспечивает высокое быстродействие, но малую точность. Нулевой метод наоборот высокая точность, но малое быстродействие. Требования к нулю индикатору – малый порог чувствительности.

При этом регулируемая мера состоит из нерегулируемой меры (М) и масштабного преобразователя (МП).

Проиллюстрируем нулей метод на примере построения цифровых измерительных приборов.

Прибор времяимпульсного преобразования.

Алгоритм показан на графике. Измеряемое напряжение вначале преобразуется в интервал времени

Далее интервал измеряется цифровым методом, т. е. преобразуется в число импульсов , где- частота образцового генератора ГОЧ Рис.3.4. В этом случае число импульсов будет пропорционально измеряемому напряжению

Алгоритм измерений показан на графике, а структурная схема на Рис.3.4.

Рис 3.5..

ГОЧ – генератор образцовой частоты, ЦОУ – цифровое отчетное устройство, ГЛИН – генератор линейно-изменяющегося напряжения.(1< - ключ, СИ счетчик импульсов).

Прибор следящего уравновешивания: (Рис 3.6.)

Рис 3.6..

В этом случае в качестве образцовой меры используется преобразователь кода в напряжение ПКН, т.е. использована образцовая дискретная мера , как в аналитических весах. В этом случае значение напряжениябудет равно, а далее происходит уравновешивание напряжения в пределах кванта.

Приборы поразрядного уравновешивания: (Рис 3.7.)

Рис 3.7.

УВР – устройство выбора разряда.

ПКН преобразователь кода в напряжение.

Этот метод имеет высокую точность, но малое быстродействие.

Метод параллельного уравновешивания. (Рис 3.8.)

Рис 3.8.

ЛУ - логическое устройство.

Достоинство: высокое быстродействие.

Точность определяется количеством квантов, что определяет число сравнивающих устройств. (СУ). Результат .

Метод параллельного уравновешивания с двумя мерами.

Нониусный метод.

Используется тогда, когда сама образцовая мера больше измеряемой величины Х (Пример измерения размеров Х с помощью штангенциркуля).

В этом случае выбирают другую меру несколько меньше первой .

Например, если необходимо уменьшить погрешность измерений в 10 раз, т. е. n=10, то .

Значение величины Х определяется из уравнения

При n очень большом, правую часть уравнения можно приравнять к нулю.

Результат .Как видим это равносильно увеличению измеряемой величины Х в n - раз.

Нониусный метод перспективно используется при измерении относительных величин. . Величинаявляется опорной, значение которой может быть неизвестно. Важно, чтобы было известно отношение.

Это можно проиллюстрировать на примере измерении фазового сдвига двух физических величин

Величину времени , пропорциональную величине фазового сдвига выразим.Подставив вместоего значение в выражение фазового сдвига,

получим .