130. Методы измерения путем сравнения, замещения, совпадения. Шкалы наименований, порядка, ин­тервалов и отношений. Измерительные инструменты и приборы, основные элементы.

Методы сравнения: дифференциаль­ный, нулевой, совпадений, замещения. К ним относятся все те ме­тоды, при которых измеряемая величина сравнивается с величи­ной, воспроизводимой мерой. Следовательно, отличительной осо­бенностью этих методов сравнения является непосредственное уча­стие мер в процессе измерения.

При дифференциальном методе измеряемая величина X срав­нивается непосредственно или косвенно с величиной X_m , воспро­изводимой мерой. О значении величины X судят по измеряемой прибором разности ΔX = X – Х_m и по известной величине Х_m, вос­производимой мерой. Следовательно, Х = Х_m +ΔХ.

Нулевой метод является разновидностью дифференциального метода. Его отличие состоит в том, что результирующий эффект сравнения двух величин доводится до нуля.

Метод замещения заключается в поочередном измерении при­бором искомой величины и выходного сигнала меры, однородного с измеряемой величиной. По результатам этих измерений вычисля­ется искомая величина. Поскольку оба измерения производятся одним и тем же прибором в одинаковых внешних условиях, а иско­мая величина определяется по отношению показаний прибора, по­грешность результата измерения уменьшается в значительной мере.

При методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя сов­падение отметок шкал или периодических сигналов. Этот метод широко используется в практике неэлектрических измерений.

Измерения различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.

По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения - это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой.

Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результа­там прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью.

Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновремен­ных измерений нескольких однородных величин.

Совместные измерения - это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.

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

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

Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения.

Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.

По отношению к основным единицам измерения делят на абсолютные и относительные.

Абсолютными измерениями называют такие, при которых используются прямое измерение одной (иногда не­скольких) основной величины и физическая константа. Так, в известной формуле Эйнштейна Е=mс² масса (т) - ос­новная физическая величина, которая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скорость света (с) - фи­зическая константа.

Относительные измерения базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, при­меняемой в качестве единицы.

С измерениями связаны такие понятия, как "шкала измерений", "принцип измерений", "метод измерений".

Шкала измерений - это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит осно­вой для ее измерения.

В метрологической практике известны несколько разновидностей шкал: шкала наименований, шкала порядка, шкала интервалов, шкала отношений и др.

Шкала наименований - это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля и единиц измерений. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визу­альном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа цветов). Поскольку каж­дый цвет имеет немало вариантов, такое сравнение под силу опытному эксперту, который обладает не только практи­ческим опытом, но и соответствующими особыми характеристиками зрительных возможностей.

Шкала порядка характеризует значение измеряемой величины в баллах (шкала землетрясений, силы ветра, твердости физических тел и т.п.).

Шкала интервалов (разностей) имеет условные нулевые значения, а интервалы устанавливаются по согласо­ванию. Такими шкалами являются шкала времени, шкала длины.

Шкала отношений имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласова­нию. Например, шкала массы (обычно мы говорим "веса"), начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точности взвешивания (сравните бытовые и аналитические весы).

Для практического измерения единицы величины применяются технические средства, которые имеют норми­рованные погрешности и называются средствами измерений.

Измерительные приборы - это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информа­цию в форме, удобной для восприятия пользователем. Различаются измерительные приборы прямого действия и при­боры сравнения.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем соот­ветствующую градуировку в единицах этой величины.

Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых из­вестны. Такие приборы широко используются в научных целях, а также и на практике для измерения таких величин, как яркость источников излучения, давление сжатого воздуха и др.

Измерительные принадлежности - это вспомогательные средства измерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам измерений, если требуется высокая степень точности. Например, термометр мо­жет быть вспомогательным средством, если показания прибора достоверны при строго регламентированный темпера­туре; психрометр - если строго оговаривается влажность окружающей среды.

Следует учитывать, что измерительные принадлежности вносят определенные погрешности в результат изме­рений, связанные с погрешностью самого вспомогательного средства.

Основные элементы представлены на рисунке:

Измеряемая величина воздействует на устройство преобразования, состоящее из пер­вичного измерительного преобразователя и совокупности элементар­ных средств измерений. Первичный преобразователь преобразует из­меряемую величину в другую величину, однородную или неоднородную с ней. Сигнал с выхода преобразователя проходит через совокупность элементарных средств измерений. В простейших измерительных приборах такая со­вокупность может отсутствовать.

На выходе устройства преобразования формируется сигнал, па­раметры которого соответствую входным характеристикам отсчетного устройства.

Отпсчетное устройство — это элемент средства измерений, преобразующий из­мерительный сигнал в форму, доступную восприятию органами чувств человека. По форме представления показаний отсчетные устройства делятся на аналоговые и цифровые.

Шкала — это часть отсчетного средства, представляющая собой ряд отметок, соответствующих последовательному ряду значе­ний величины вместе со связанной с ними нумерацией.

Указатель — часть отсчетного устройства, положение которого от­носительно отметок шкалы определяет показания измерительного прибора. Указатель выполняется в виде подвижных стрелок разной формы (клиновидной, ножевидной и др.), луча света, пера самописца и т.п.

С помощью весоизмерительного прибора масса тела определяется путем ее сопоставления и уравно­вешивания с массой условных единиц. Наиболее про­стым и распространенным уравновешивающим уст­ройством является рычаг.

В весоизмерительном оборудовании используются три типа рычагов: I рода, II рода и квадрант.

В рычаге I рода точка опоры расположена между точками приложения сил, а в рычаге II рода точки приложения сил расположены по одну сторону от точки опоры.

Квадрантом называется рычаг I рода с противовесом на одном из плеч. Основное свойство этого рычага — способность при достижении равновесия оставаться в наклонном положении.

Поверка средств измерений. Система метрологического надзора за мерами и изме­рительными приборами определена ГОСТ 8002—71. В торговле и общественном питании обязатель­ной государственной поверке подвергаются все весо­измерительные приборы. Метрологическая ревизия осуществляется органами государственной метрологической службы в определен­ные сроки. Регулярная поверка весов осуществляется один раз в год с нанесением клейма на весы и гири. Поверка и клеймение осуществляются также после выпуска весов и гирь с завода-изготовителя и ремонта независимо от срока предыдущего клеймения. Вагон­ные весы для взвешивания продовольствия, а также весы для взвешивания мяса и мясопродуктов про­веряются 1 раз в 6 месяцев.

При поверке весоизмерительное оборудование под­вергается техническому осмотру и контрольным испы­таниям на точность, чувствительность, устойчивость и постоянство показаний взвешивания.

Клеймо наносится на металлическую мастичную пробку или металлическую пломбу. Поверительное клеймо имеет круглую форму и содержит следующие элементы: Государственный герб РФ; шифр госконт­рольной лаборатории, индивидуальный шифр госпо­верителя и дату клеймения.