5.4 Методы измерений

Под методом измерений понимают совокупность приемов использо­вания принципов и средств измерений, выбранную для решения кон­кретной измерительной задачи. В понятие метода измерений входят как теоретическое обоснование принципов измерения, так и разработка приемов применения средств измерения.

Как известно, искомое значение физической величины находится посредством сопоставления ее с мерой, материализующей единицу этой величины. В зависимости от способа применения различают методы непосредственной оценки и методы сравнения. При из­мерении методом непосредственной оценки искомое значение величины оп­ределяют непосредственно по отсчетном) устройству средства измерения, которое проградуировано в соответствующих единицах. Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, сравнение массы на рычажных весах). Отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие меры в процедуре измерения, в то время как в методе непосредственной оценки мера в явном виде при измерении не присутствует, а ее размеры перенесены на отсчетное устройство (шкалу) средства измере­ния заранее, при его градуировке. Обязательным в методе сравнения являет­ся наличие сравнивающего устройства.

Метод сравнения с мерой имеет несколько разновидностей: нулевой метод, дифференциальный метод, метод замещения и метод совпадений.

Нулевой метод (или метод полного уравновешивания) — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия из­меряемой величины и встречного воздействия меры на сравнивающее устройство сводят к нулю.

П ример. Измерение массы на равноплечих весах, когда воздействие на весы массы m_х полностью уравновешивается массой гирь т (рис 1.1, а).

Рис 1.1. Методы сравнения

При дифференциальном методе полное уравновешивание не производят, а разность между измеряемой величиной и величиной, воспроиз­водимой мерой, отсчитывается по шкале прибора.

Пример. Измерение массы на равноплечих весах, когда воздействие массы m_x, на весы частично уравновешивается массой гирь m₀, а разность масс отсчитывается по шкале весов, градуированной в единицах массы (рис 1.1, б). В этом случае значение измеряемой величины m_x = m₀ +Δm, где Δm — показания весов

Метод замещения — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Пример. Взвешивание на пружинных весах Измерение производят в два приема. Вначале на чашу весов помещают взвешиваемую массу и отмечают положение указателя весов; затем массу m замещают массой гирь m₀, подбирая ее так, чтобы указатель весов установился точно в том же положении, что и в первом случае. При этом ясно, что m_x =m₀ (рис. 1.1 в)

В методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отме­ток шкал или периодических сигналов.

Пример. Измерение числа оборотов вала с помощью стробоскопа - ват периодически освещается вспышками света, и частоту вспышек подбирают гак, чтобы метка, нанесенная на вал, казалась наблюдателю неподвижной Метод совпадений, использующий совпаде­ния основной и нониусной отметок шкал, реализуется в штангенприборах, применяемых для измерения линейных размеров.