В чем заключается сущность дифференциального нулевого метода измерения линейных размеров

В чем состоит нулевой метод измерений?

Нулевой метод измерений –метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

Например, измерение электрического сопротивления мостом с пол­ным его уравновешиванием; взвешивание грузов на рычажных весах; измерение сопротивления, емкости и индуктивности при помощи урав­новешенных мостов постоянного и переменного тока. В истории развития техники точных измерений нулевой метод появился одним из первых.

Нулевой и дифференциальный методы очень близки. Если в дифференциальном методе измеряют разность между значениями двух величин, то в нулевом практически приводят эту разность к нулю. Часто нулевой метод превращается в дифференциальный. Недоста­ток нулевого метода заключается в необходимости иметь средство измерений, позволяющее воспроизводить любое значение известной величины без существенного понижения точности. В большинстве случаев для этого используют меры переменного значения или набо­ры мер.

В чем состоит метод совпадений?

Метод совпадений – метод сравнения с мерой, в ко­тором разность между измеряемым значением величины и значени­ем, воспроизводимым мерой, измеряют, используя совпадения от­меток шкал или периодических сигналов известной и неизвестной величин.

Например, нониус для отсчета долей делений основной шкалы; сравнение радиосигналов точного времени с ходом хронометра; из­мерение частоты вращения вибрационными и стробоскопическими тахометрами; измерение длин интерферометром и т.п.

В чем состоит метод измерений замещением?

Метод измерений замещением –метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину за­меняют мерой с известным значением величины.

Например, взвешивание с поочередным помещением измеряемого объекта и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда). При использовании данного метода при измерении малого напряжения с помощью высокочувствительного гальванометра к прибору сначала подключают источник неизвестного напряжения и определяют отклонение указателя. Затем с помощью регулируемого источника известного напряжения добиваются того же отклонения указателя прибора. В этом случае неизвестное напряжение принимается равным известному.

Источник

Лекция №3. Нулевой метод измерения характеризуется равенством воздействий, оказываемых измеряемой величиной и мерой, на прибор, используемый для сравнения. Различают

Нулевой метод измерения характеризуется равенством воздействий, оказываемых измеряемой величиной и мерой, на прибор, используемый для сравнения. Различают нулевые методы противопоставления, замещения и совпадения. Первые два из этих методов иногда называют соответственно методами полного противопоставления и полного замещения

Примером нулевого метода противопоставления может служить взвешивание груза X на равноплечных весах (рис.2), когда масса груза определяется массой гирь, уравновешивающих воздействие груза на рычаг весов. Состояние равновесия определяется по положению указателя нуль-индикатора, который в этом случае должен находиться на нулевой отметке.

Весы при таком измерении выполняют функцию компаратора. Данный метод используется для измерения самых разнообразных физических величин и, как правило, обеспечивает большую точность измерения, чем метод непосредственной оценки, за счет уменьшения влияния на результат измерения погрешностей средства измерений, которое в данном случае осуществляют только сравнение воздействий, создаваемых измеряемой величиной и мерой.

Недостатком данного методаявляется необходимость иметь большое число мер, различных значений (т.е. необходимость воспроизводить любое значение известной физической величины без существенного понижения точности). Как правило, это связано с существенными трудностями.

Разновидностью рассмотренного метода являетсякомпенсационный метод измерений, применяемый в тех случаях, когда важно измерить физическую величину, не нарушая процесса, в котором она наблюдается. При подключении измерительного устройства, реализующего компенсационный метод, к объекту измерения на этом устройстве создается действие, направленное на встречу действию, создаваемому изучаемым явлением.

При этом создаваемое в измерительном устройстве явление изменяется до тех пор, пока не будет достигнута полная компенсация действия изучаемого явления на измерительное устройство. По размеру физической величины, создающей компенсирующее явление, судят о размере измеряемой физической величины. При условии полной компенсации изучаемое явление протекает в объекте так же, как оно протекает в случае, когда к объекту не подключено измерительное устройство.

Нулевой метод замещения состоит в том, что измеряемая физическая величина и мера последовательно воздействует на измерительный прибор. При этом значение меры подбирают таким, чтобы ее воздействие на измерительный прибор было равно воздействию измеряемой физической величины. На рис. 3 показан пример реализации метода полного замещения для случая измерения массы груза. Здесь на пружинные весы устанавливают груз Xи делают отметку Aна шкале как результат его взвешивания. При этом показания пружинных весов принципиально можно и не считывать. Затем снимают груз. На чашку устанавливают такой набор гирь, который обеспечивает такую же деформацию пружины, как и груз X. О равенстве деформаций судят по установке стрелки напротив отметки A. Нулевой метод замещения применяется в тех случаях, когда производятся точные измерения параметров, т.к. он позволяет практически исключить влияние изменений характеристик используемого средства измерений (в рассматриваемом случае – изменение характеристик пружины) на результаты измерения.

Нулевой метод совпадения состоит в совпадении сигналов двух периодических процессов, характеристика одного из которых изменяется, а другого – используется в качестве меры. Например, измерение числа оборотов вала с помощью стробоскопа – вал периодически освещается вспышками света, и частоту вспышек подбирают так, чтобы метка, нанесенная на вал, казалась наблюдателю неподвижной.

Дифференциальный метод измерений характеризуется тем, что с помощью измерительного прибора методом непосредственной оценки измеряется разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод позволяет получить высокоточные результаты даже при использовании для измерения указанной разности относительно грубых средств измерений. Реализация дифференциального метода возможна только при условии наличия высокоточной меры, близкой по значению к измеряемой величине.

Различают дифференциальные методы противопоставления, замещения и совпадения.

Первые два из них иногда называют методами неполного противопоставления и неполного замещения.

Примером метода неполного противопоставления может служить взвешивание на равноплечих весах, показанных на рис. 4.

Здесь действие груза Xуравновешивается действием гири, служащей мерой, и силой упругой деформации пружины. По существу в данном случае по величине деформации пружины, значение которой может быть отсчитано по шкале, измеряется разность воздействия груза и гири на пружину. Так определяют разность их масс. Массу же груза определяют после взвешивания как сумму массы гири и показаний, считанных по шкале.

Сущность дифференциального метода замещения можно уяснить, рассмотрев пример (рис. 5) взвешивания груза X на пружинных весах в том случае, когда из имеющегося набора гирь не удается составить сочетание, позволяющее добиться такого показания весов, при котором стрелка устанавливается на отметку А, соответствующею показанию весов при установке на них измеряемого груза X. Предположим, что при установке на весы подобранного набора гирь стрелка весов устанавливается на отметке шкалы В. Когда к подобранному набору добавляются гири с наименьшей массой, стрелка устанавливается на отметке шкалы С. В данном случае замещение получается неполным. Для определения массы груза прибегают к интерполяции, с помощью которой по известному значению массы наименьшей гири и числу делений шкалы между отметками В и С рассчитывают значение массы груза и массы подобранного набора гирь, а затем определяют массу груза.

Сущность дифференциального метода совпадения состоит в том, что совпадение сигналов двух периодических процессов является неполным. При этом изменяется характеристика периодического процесса, представляющею собой результат взаимодействия названных выше двух периодических процессов. Результат измерения определяется так же, как во всех дифференциальных методах.

Источник

Общие методы измерений

Для точных измерений величин в метрологии разработаны приемы использования принципов и средств измерений.

Наиболее просто реализуется метод непосредственной оценки, заключающийся в определении величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например взвешивание на циферблатных весах, определение размера детали с помощью микрометра или измерение давления пружинным манометром. Измерения с помощью этого метода проводятся очень быстро, просто и не требуют высокой квалификации оператора, поскольку не нужно создавать специальные измерительные установки и выполнять какие-либо сложные вычисления.

Метод сравнения с мерой, заключающийся в том, что измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на измерительный прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между ними, называется методом противопоставления. Применение метода противопоставления позволяет значительно уменьшить воздействие на результаты измерений влияющих величин, поскольку они более или менее одинаково искажают сигналы измерительной информации как в цепи преобразования измеряемой величины, так и в цепи преобразования величины, воспроизводимой мерой. Отсчетное устройство прибора сравнения реагирует на разность сигналов, вследствие чего эти искажения в некоторой степени компенсируют друг друга.

Разновидностью метода сравнения с мерой является также нулевой метод измерения, который состоит в том, что подбором размера воспроизводимой мерой величины или путем ее принудительного изменения эффект воздействия сравниваемых величин на прибор сравнения доводят до нуля. В этом случае компенсация воздействий влияющих величин оказывается более полной, а значение измеряемой величины принимается равным значению меры.

При дифференциальном методе измерения на измерительный прибор (не обязательно прибор сравнения)подается непосредственно разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. Дифференциальный метод неприменим при измерении таких величин, как температура или твердость тел.

К разновидностям метода сравнения с мерой относится и метод замещения, широко применяемый в практике точных метрологических исследований. Сущность метода в том, что измеряемая величина замещается в измерительной установке некоторой известной величиной, воспроизводимой мерой.

Одним из общих методов измерений является метод совпадений, представляющий собой разновидность метода сравнения с мерой. При проведении измерений методом совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

В зависимости от метода измерений и свойств применяемых средств измерений все виды измерений могут выполняться либо с однократными, либо многократными наблюдениями.

Наблюдением при измерении называется единичная экспериментальная операция, результат которой – результат наблюдения – всегда имеет случайный характер. Он представляет собой одно из значений измеряемой величины, которые для получения результата измерения необходимо совместно обработать. От числа наблюдений зависит способ обработки экспериментальных данных и оценка погрешностей измерений.

Источник

Нулевой метод

Нулевой метод

Когда сравнивают нулевой метод и метод разности, между ними есть общая точка. При измерении разности между двумя величинами с использованием разностного метода нулевой метод фактически уменьшает эту разность до нуля. По сравнению с разностным методом недостаток нулевого метода состоит в том, что он требует средства измерения. Вы можете воспроизвести любое известное значение без существенного снижения точности. В большинстве случаев это показатели с переменным значением или наборы показателей (хранилища).

Комплексная стандартизация, основанная на принципе системности, создает благоприятные условия для планирования работ по стандартизации и планомерного развития соответствующих отраслей промышленности. Людмила Фирмаль

Эти комбинации сконфигурированы для воспроизведения величины, равной измеренной. Типичным примером такого измерения является набор весов. На практике метод, называемый нулем, часто бывает совершенно другим. Поэтому при взвешивании на одной и той же весовой шкале вес помещается в чашку в порядке убывания значения массы. В результате такая ситуация достигается, когда стрелка баланса проходит через ноль, а затем отклоняется в противоположную сторону, применяя груз с минимальной массой. В этом случае положитесь на метод интерполяции.

В этом случае интерполяция может рассматриваться как разностный метод. Используйте шкалу, указатель и вес с наименьшим значением массы, чтобы измерить разницу между измеренной массой и общей массой веса в другой чашке. Однако нулевой метод имеет существенные преимущества по сравнению с разностным методом. При использовании разностного метода требуется показатель, значение которого близко к значению измеряемой величины. Для измерений с нулевым методом измерения могут применяться во много раз меньше, чем это значение.

Например, на различных весах для взвешивания больших масс баланс веса в 1 кг составляет 100. 1000 кг или больше. Это достигается с помощью неравных рычагов. Рычаг может быть использован для значительного расширения функциональности нулевого метода. Изменение известных значений для сравнения не всегда удобно или возможно. Поэтому для реализации нулевого метода: При постоянном значении эффект действия изменяется путем изменения плеча, к которому оно прикреплено. Вот несколько примеров: Для взвешивания используется стальной двор с грузом на одно плечо. Гиря движется вдоль плеча.

Чем больше вес, тем дальше вес должен быть от точки опоры. Шкала применяется к плечу, чтобы указать значение равновесной нагрузки. Многие из так называемых весов имеют похожие устройства. От маленьких весов (для почты и детей) до больших весов (для автомобилей и вагонов). В электрических измерениях мосты широко используются для измерения сопротивления, индуктивности и емкости. На фиг.34 показана схема моста для измерения сопротивления х.

Схема состоит из трех резисторов с известными значениями p. Gg; нулевой индикатор Gz-гальванометр O и источник тока B. Замените один из резисторов g, чтобы предотвратить перемещение указателя гальванометра с нуля. Это возможно только в том случае, если между точками 2-4 нет разности потенциалов, то есть падение напряжения в точках 1-2 равно падению напряжения в точках 1-4. В результате падения Напряжение между точками 2-3 и 3-4 также одинаково.

На основании этих уравнений получим выражение — = — или gg g3 х = известное изменение сопротивления такого моста. Существует мост с плечами r3 и r3, представляющими провод (ле-шнур), по которому скользит подвижный контакт (Рисунок 35). Потому что провода по всей длине одинаковы Рисунок 35. Схема моста с Лев шнур для электрических измерений оппозиция Рисунок 34: Схема моста для измерения электрического сопротивления Сопротивление, сопротивление любого из его участков пропорционально его длине. так ха 1з Когда подвижный контакт перемещается, гальванометр показывает ноль.

В середине рекорда это значение оказывает небольшое влияние на погрешность измерения по сравнению с относительно большим значением 1g 1z, но при приближении к одному концу рекорда g или 1z ошибка чтения Это становится. — Пропорционально короткому плечу. Например, если 2 = 100 мм, ошибка в 1 мм эквивалентна 1%, а ошибка в 3 = 10 мм уже составляет 10%. Третий пример из области измерения освещения. Характеристики света источника света определяются путем сравнения его с примерной лампой накаливания, характеристики которой известны.

Основные единицы устанавливают или выбирают таким образом, чтобы, пользуясь закономерной связью между величинами, можно было бы образовать единицы других величин. Людмила Фирмаль

Роль нулевого указателя в этом случае — человеческий глаз. Две белые поверхности расположены рядом в поле зрения. Один из них освещается тестовым источником света, а другой — образцовым светильником. Размещая их на равном расстоянии от поверхности, освещающей оба источника света, и изменяя ток лампы модели, вы можете добиться равномерного визуального освещения на обеих поверхностях. В противном случае вы можете сделать то же самое, удалив или переместив поверхность, освещаемую лампой, без изменения тока модели лампы. Рисунок 37: Поле зрения оптического пирометра 0 б Расстояние их света.

Отношение расстояния (плеча) обоих источников света от облучаемой поверхности определяет характеристики света тестового источника света. Использование человеческого глаза в качестве нулевого указателя в этом случае основано на способности человека точно регистрировать совпадение освещенности между двумя соседними поверхностями. Было бы точнее сказать, что глаза воспринимают небольшое отклонение от этого совпадения. В то же время, освещение не может быть точно оценено.

Например, серый узор на белом фоне выглядит темнее, чем точно такой же узор на черном фоне. Так называемая оптическая пирометрия основана на использовании согласования яркости. Это один из способов измерения высокой температуры расплавленного или горячего металла. Работа оптического пирометра заключается в следующем. Внутри телескопа установлена лампочка, и нить накала видна. Трубка направлена на объект, температура которого должна быть измерена, и весь объект освещается этим объектом.

Регулируя накаливание нити, вы можете убедиться, что ее яркость равна яркости фона, и объединиться с фоном, чтобы он исчез. Нить будет видна более или менее ярко. На рисунке 37 показаны три возможных случая. Фон (рис. 37, а), светлее фона (рис. 37, б) и более темные нити, чем фон (рис. 37, в). по Амперметр подсчитывает силу тока нити накала или вольтметр (напряжение, приложенное к зажиму лампы), соответствующую моменту исчезновения нити накала.

Шкала амперметра или вольтметра обычно калибруется в градусах Цельсия с использованием излучателя с известной температурой, например, расплавленного чистого металла или соответствующей контрольной лампы соответствующего устройства. Ноль — это метод коррекции измерений, который в основном используется для измерения физических явлений, когда важно проводить измерения, не нарушая условий, при которых возникает измеряемое явление.

Как правило, метод коррекции заключается в том, что когда объект, вызывающий измеряемое явление, подключен к измерительному устройству, аналогичное явление создается в этом устройстве для поведения измеряемого явления. Регулируя созданные нами явления, мы полностью компенсируем воздействие измеренных явлений на инструмент. Это происходит только в том случае, если созданный вами феномен коррекции равен измеренному явлению.

Измерьте явление компенсации и тем самым определите измеренный размер. Во время коррекции продолжается явление измерения, которое происходит, когда измерительный прибор не подключен. Наиболее характерным примером применения компенсационных методов является измерение электродвижущей силы элемента Если у них нет тока. Методы коррекции также используются для измерения физических свойств различных объектов, таких как электрическое сопротивление, через несколько осложнений.

Если вам потребуется заказать решение по метрологии вы всегда можете написать мне в whatsapp.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Метод и методика измерений

Решение любой измерительной задачи связано с реализацией того или иного принципа измерений.

Принцип измерений— физическое явление или эффект, положенный в основу измерений тем или иным средством измерений.

Примерами принципов измерений являются:

• применение эффекта Джозефсона для измерений электрического напряжения;
• применение эффекта Доплера для измерения скорости;
• использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием;
• зависимость сопротивления платины от температуры, реализованная в платиновых термометрах сопротивления;
• зависимость термоЭДС от разности температур, реализованная в термоэлектрических термометрах.

Однако выбором принципа измерений не исчерпывается определение метода измерений. Это гораздо более общее понятие, описывающее способ решения поставленной задачи. Оно определяется следующим образом.

Метод измерений— прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей или шкалой в соответствии с реализованным принципом измерений.

Методы измерений весьма разнообразны. Их можно классифицировать по различным признакам.

Первый из них используемый физический принцип. По нему методы измерений разделяют на оптические, механические, акустические, электрические, магнитные и так далее.

В качестве второго признака классификации используют режим изменения во времени измерительного сигнала. В соответствии с ним все методы измерений разделяют на статические и динамические.

Третий признак — способ взаимодействия СИ и объекта измерений. По этому признаку методы измерений разделяют на контактные (измерительный элемент СИ находится в контакте с объектом измерений) и бесконтактные (чувствительный элемент СИ не находится в контакте с объектом измерений).

Приведенную классификацию можно развивать и далее. Однако более общей является метрологическая классификация методов измерений, под которой понимается классификация по способу сравнения измеряемой величины с единицей. По этому признаку все методы измерений разделяют на два метода:
• метод непосредственной оценки (измеренное значение наблюдают непосредственно по шкале устройства СИ, например, по часам, амперметру);
• метод сравнения с мерой ( значение измеренное сравнивают с величиной, производимой мерой, как пример, измерение на весах рычажных массы).

Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей: дифференциальный метод, метод замещения, метод дополнения и метод совпадений.

Дифференциальный метод— метод измерений, при котором измеряется разность между измеряемой величиной и однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины. Примером дифференциального метода является поверка мер длины сличением с эталонными мерами на компараторе (приборе, предназначенном для сравнения мер). При этом методе производится неполное уравновешивание измеряемой величины Х величиной Хм, воспроизводимой мерой, и определение их разности ∆Х. Следовательно, результат измерений равен X= ХМ + ∆Х. Дифференциальный метод позволяет существенно повысить точность измерений. Например, если ∆Х = 0,01Х и относительная погрешность измерения ∆Х составляет 1 %, то относительная погрешность результата измерений X равна 0,01 % (если не учитывать погрешность меры).

Частным случаем дифференциального метода является нулевой метод измерений — метод измерений, где в результате эффект действия измеряемой величины и меры на компаратор доводят до нуля. Здесь значение измеряемой величины равняется значению, которое воспроизводит мера.

Примерами нулевого метода являются: взвешивание массы на весах с помощью набора гирь; измерение электрического напряжения уравновешенным мостом. Дифференциальный метод обеспечивает снижение погрешности измерений.

В некоторых измерительных задачах удобно применение других разновидностей метода сравнения с мерой: метода дополнения и метода совпадений.

Метод дополнения — метод сравнения с мерой, при котором измеряемая величина дополняется мерой так, чтобы на СИ сравнения действовала их сумма, которая будет равна заранее известному значению.

Например, иногда может быть более точным измерение массы, при котором уравновешивают гирю, значение которой известно с высокой точностью, измеряемой массой и набором более легких гирь, помещенными на другую чашку весов.

Примером этого метода является измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом. Метод совпадений часто применяется при измерениях параметров периодических процессов.

Очевидно, что выбор метода измерений зависит от его теоретической обоснованности, наличия необходимых СИ, их вида (мера, измерительный прибор и др.) и конструктивных особенностей.

Например, чтобы решить такую простейшую измерительную задачу, как измерение высоты заводской трубы, можно выбрать один из следующих методов:

• поднявшись с рулеткой на трубу, произвести измерение (метод сравнения с мерой);
• поднять вертолет с высотомером до уровня трубы и измерить высоту подъема (метод непосредственной оценки);
• вычислить высоту трубы как катет прямоугольного треугольника на основании результатов измерений расстояния до трубы и угла этого треугольника (косвенные измерения).

Методикой выполнения измерений (МВИ) называют регламентированную сумму действий и правил, исполнение которых при измерении обеспечивает получение необходимых результатов измерений в соответствии с избранным методом. МВИ включает требования к выбору СИ, регламентацию процедуры подготовки СИ к выполнению работы, требования к условиям измерений, регламентацию процедуры. Проведения измерений и исследования результатов измерений, в том числе оценку их точности. МВИ аналитических измерений включает также требования к отбору пробы, ее хранению и транспортировке в измерительную лабораторию, подготовке пробы к измерениям. Унификация МВИ имеет огромный вес в реализации единства измерений. Поэтому МВИ повторяющихся измерений обычно регламентируется каким-либо нормативным документом.

Источник