Лекция № 2
Средства измерения
Рис. 1. Схема средства измерения
Р.Т. – рабочее вещество, Q – свойство Р.Т,
1,2,3,4 – коммутаторы (тумблеры) на панели прибора,
-
первичные данные, Д – дисплей, К – зона
контакта.
Взаимодействие материальных объектов СИ, Р.Т. и оператора в измерительном эксперименте позволяет реализовать метод измерения, то есть осуществить действия и получить - данные; последние должны быть подставлены в расчетное уравнение метода, с использованием которого вычисляют результат А.
Связь
между А
и
является известной, она выступает в
Метрологии в форме расчетного уравненияметода
А
= f
({
i
})
= f(
).
(1)
Графическое представление (Рис. 2) расчетного уравнения может иметь вид
Рис. 2. Графическая форма расчетного уравнения
Классификация действий
Рис. 3. Схема, поясняющая термин «метод измерения»
r
-
режимные
действия имеют форму:
организовать связь между СИ и Р.Т. или контакт между СИ и Р.Т.,
замкнуть электрическую цепь термометра сопротивления и пропустить ток и т.п. (Лаб. Раб. №2).
r
-
измерительные
действия имеют форму:
1) считать показания вольтметра при подключении к термометру сопротивления (Лаб. Раб. №2);
считать показания вольтметра при подключении к образцовому сопротивлению (“катушка” Лаб. Раб. №2) и т.п.
Пример 2. Схема СИ для определения давления с помощью пружинного манометра.
Конструктивная схема СИ (Вар. 1)
Рис. 1. Схема пружинного манометра (Вар. 1)
0
– начальное
положение стрелки,
1
–положение
стрелки при давлении масла Р.
При
подключении к Р.Т. давление в пружине
меняется от нуля до Р,
и пружина деформируется. Стрелка,
прикрепленная к свободному торцу,
поворачивается на некоторый угол
.
Положение
0
соответствует давлению P0
– нулевому избыточному давлению
P = P0,
где Р0 = B0 барометрическое (атмосферное) давление.
Положение
соответствует давлению
P = P1.
Зависимость угла поворота пружины от давления на основании физической закономерности имеет вид:
-
= f
(P - P0).
(2)
При
условии Р0
= В
и
= 0 выполняется
=
f(Pизб).
Угол
поворота
стрелки увеличивается с ростомРизб.
Физическая зависимость находится
из расчета деформации пружины и связана
с рядом параметров
=
(Ризб)
= f(Ризб,
a,
b,
R,
δ,
E,
…), (3)
где a,b,R,δ – геометрические параметры пружины, E – модуль Юнга.
Зависимость
(Ризб)
может быть определена в эксперименте
– градуировке
пружинного манометра.
Во время градуировки
измеряются
два параметра (
i,Ризб
i)
в ряде состояний, при этом (Ризбi)
измеряют с помощью эталонного манометра.
Результат эксперимента представляется
графиком
(Ризб)
или функцией
преобразования,
которая имеет вид
Рис. 2. Результат градуировки в форме
функции
преобразования
(Ризб)
Метод (Вар. 1)
Рис. 3. Схема, поясняющая метод измерения
Определение: метод измерения Р с помощью трубчатого (пружинного) манометра (Вар. 1) состоит в том, что:
1) выравнивают давление в трубчатой пружине и рабочем веществе, при этом перемещается стрелка,
2)
считывают величину угла
по положению стрелки на шкале,
а давление определяют по расчетному уравнению метода
Ризб = f( ). (4)
Рассмотренный вариант представляет собой косвенный метод измерения свойства А, так как для него является необходимой процедура пересчета данных (i), при этом искомое свойство А определяют по расчетному уравнению
А
= f
(
). (5)
Этот тип метода характерен для СИ (Вар.1), представляющего собой измерительный преобразователь или преобразователь.
Математическая модель СИ
Рис. 4. Математическая модель СИ (Вар. 1)
x – сигнал на входе, y – сигнал на выходе СИ
Параметры модели y и x, относящиеся к СИ (Вар. 1), не совпадают по размерности. Это свойство СИ является характерным для прибора типа «преобразователь».
Функция преобразования для СИ
Функция преобразования y, являющаяся одной из метрологических характеристик СИ, имеет вид
y=
f(x), 
= f(Ризб), 6
где
y=
,
x
=Pизб
.
Вид
функции преобразования для СИ (Вар. 1)
совпадает с зависимостью
(Р)
или градуировкой
(рис. 5).
Рис. 5. Функции преобразования y= f(x)
Ризб = f( ).
Для линейного участка можно применить формулу для давления
Ризб = f( ) = k. (7)
Если дано в делениях, то [k] = кгс/(см2 дел)