Выбор метода измерения

В зависимости от способа измерения массы известной величины выделяют метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого преобразования, шкала которого заранее была градуирована с помощью многозначной меры, воспроизводящей известное значение измеряемой величины. В приборах прямого преобразования в процессе измерения оператором производиться сравнение положения указателя отсчетного устройства и шкалы, по которой производиться отсчет.

Методы сравнения с мерой - методы, при которых производиться сравнение измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. Сравнение может быть непосредственным или опосредованным через другие величины, однозначно связанные с первой. Отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие в процессе измерения меры известной величины.

Группа методов сравнения с мерой включает в себя следующие методы: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.

Наиболее распространенным методом измерений, безусловно, является метод непосредственного оценивания. Но он имеет значительные составляющие погрешности измерения, поэтому в целях повышения точности часто используется методы сравнения с мерой. В зависимости от принципов использования меры существуют пять разновидностей методов сравнения с мерой:

- метод замещения;

- метод противопоставления;

- нулевой;

- дифференциальный;

- совпадения.

Метод замещения - это разновидность метода сравнения с мерой, при которой измеряемую величину замещают известной величиной, вос­производимой мерой. Измерение размера интересующей физической величины (ФВ) и размера величины, воспроизводимой мерой, осуществляется поочередно одним средством измерений (СИ) методом непосредственного оценивания.

Погрешность измерений методом замещения слагается из следую­щих составляющих погрешности:

- меры;

- разности погрешности СИ при измерении размера интересующей ФВ и при измерении размера величины, воспроизводимой мерой;

- разности погрешности взаимодействия СИ с объектом и мерой;

- разности методической погрешности; при измерении размера интересующей ФВ и при измерении размера величины, воспроиз­водимой мерой;

- из-за несовершенства отсчетного устройства.

Разность погрешности СИ определяется следующими погрешностями:

¾ из-за отличия величины, воспроизводимой мерой от искомой величины;

¾ из-за нестабильности систематической составляющей погрешности СИ за период между измерениями размера интересующей ФВ и размера величины воспроизводимой мерой;

¾ из-за влияния случайной составляющей погрешности СИ при выполнении измерений.

Погрешность из-за взаимодействия СИ с объектом и мерой, и методическая погрешность определяется различием свойств объекта и меры, влияющих на эти погрешности.

Метод противопоставления – разновидность метода сравнения с мерой, при которой измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения.

Погрешность измерений методом противопоставления в общем случае имеет следующие составляющие погрешности:

- погрешность меры;

- погрешность СИ, используемого в качестве прибора сравнения;

- погрешность из-за взаимодействия' СИ с объектом и мерой;

- методическая погрешность;

- погрешность из-за несовершенства отсчетного устройства.

Доминирующей составляющей погрешности намерений, как правило, оказывается составляющая основной погрешности, прибора-сравнения из-за асимметрии его входов (неравноплечности коромысла)· Чтобы исключить эту погрешность прибегают к способу противоположного влияния (двойного противопоставления) при котором выполняют два наблюдения, меняют местам меру и объект при втором наблюдении. При использовании способа двойного противопоставления уменьшается случайная составляющая погрешности прибора сравнения. Остальные составляющие не изменяются.

В случае доминирующих составляющих погрешности меры и методической погрешности устанавливаются значения поправок и корректируются результаты измерений.

11.2.1 Классификация методов измерения массы

Для взвешивания используют практически все виды принципов измерений. Не случайно в метрологии при разработках классификации общих методов наиболее часто в качестве примеров приводят приемы измерения массы на весах. Методы взвешивания (рисунок 11.1) делятся на две принципиально различные группы - метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод сравнения с мерой - это метод измерения, при котором массу груза принимают равной массе сравниваемых с ним гирь (простое взвешивание) или вычисляют по формуле как сумму значений массы гирь и показаний весов (точное взвешивание).

Метод непосредственной оценки заключается в определении массы груза по отсчетному устройству весов без применения гирь.

При этом весы могут быть как измерительными приборами прямого действия, так и приборами с обратной связью.

Различают две разновидности метода сравнения - дифференциальный и нулевой. В первом случае уравновешивается силой упругой или квазиупругой пружины подвижной системы весов, во втором результирующий эффект воздействия доводят до нуля принудительным изменением усилия обратного преобразователя (компенсатора).

Дифференциальный и нулевой методы реализуются противопоставлением и замещением. Метод противопоставления характеризуется одновременным воздействием на весы груза и гирь, помещаемых на противоположные плечи весового рычага. Метод замещения отличается тем, что массу груза и массу гири сравнивают поочередно на одном и том же плече рычага.

В свою очередь метод противопоставления имеет две разновидности - способ прямого и способ двойного противопоставления (способ Гаусса). По Гауссу одно измерение состоит из двух частных взвешиваний прямым противопоставлением с перестановкой груза и гирь, а результат измерения рассчитывают.

У метода замещения тоже две модификации - способ Борда, и способ Менделеева. Оба способа требуют применения вспомогательного груза или противовеса. В первом случае груз ypaвновешивают противовесом, затем вместо груза устанавливают гири, примерно равные ему по массе. Взвешивание по способу Менделеева осуществляют всегда при одной и той же нагрузке, равной наибольшему пределу измерения. Полный для данных весов набор гирь уравновешивают противовесом, устанавливают груз и снимают часть гирь, по массе близкую грузу.

Способы Гаусса, Борда и Менделеева свободны от систематической инструментальной погрешности, вызванной неравенством длин плеч коромысла. Принципиальное преимущество с точки зрения достижения максимальной точности взвешивания, имеет способ Гаусса, так как гири и груз одновременно подвержены влиянию одних и тех же внешних - факторов, что обеспечивает наиболее благоприятные условия компенсации кажущихся изменений их массы.

Рисунок 11.1- Классификация методов измерения массы