ВНЕСЕНИЕ ПОПРАВОК

Если измерения не удается организовать так, чтобы исключить или скомпенсировать влияющие факторы, то в показания средств измерений вносятся поправки. Рассмотрим несколько примеров, иллюстрирующих характер поправок, обусловленных особенностями измерений.

Пример 6. Координаты северного магнитного полюса, расположенного в Северо- Американском архипелаге (примерно 74,8° северной широты и 99,6° западной долготы), и южного магнитного полюса в Антарктиде (примерно 67,5° южной широты и 140° восточной долготы) не совпадают с географическими полюсами Земли. Поэтому не совпадают между собой истинные (географические) и магнитные меридианы. Угол d в плоскости горизонта между истинным и магнитным меридианами называется магнитным склонением. Он может иметь значение от 0 до p радиан и отсчитывается, как показано на рис. 13, от северной части ис­тинного меридиана в восточном направлении со знаком плюс, или в западном — со знаком минус. Если курс корабля определяется по магнитному компасу, то к углу между линией курса и направлением на северный магнитный полюс добавляется поправка, равная магнитному склонению, взятому со своим знаком.

Пример 7. Мощность подземных ядерных взры­вов находится по магнитудам прямых и поверх­ностных сейсмических волн (см. рис. 14). Магнитудой называется отношение логарифма ампли­туды сейсмической волны к расстоянию до места ее возбуждения. Сама по себе магнитуда не опреде­ляет мощности взрыва. Откалибровать ее как характеристику мощности ядерного заряда можно только по экспериментальным данным. На рис. 15 приведены калибровочные линии, построенные по точкам, соответст­вующим подземным взрывам известной мощ­ности, проводившимся в СССР, США и Алжире. Поглощение и затухание прямых волн сильнее, чем поверхностных, 'и зависит от температуры на глубине от 26 до 150 км под полигоном. При нанесении соответствующих то­чек на рис. 15 учтено, что испытательный полигон в Неваде расположен в районе, где за последние несколько миллионов лет, произошли геологичес­кие изменения, сопровождающиеся деформацией и нагреванием пород. Поэтому прямые сейсмические волны сжатия от подземных взрывов в штате Невада затухают сильнее, а магнитуды их меньше, чем у прямых сейсмических волн от взрывов в местах, не подвергавшихся геологически недавнему подогреву. Если непосредственно использовать соотношение между магнитудой и мощностью взрыва в штате Невада для оценки мощности ядерных взрывов на территории Советского Союза или в других регионах с малым затуханием, то результаты измерений окажутся завышенными в 2 ... 4 раза. До 1986 г. при определении экспертами правительства

Пример 8. При измерении ЭДС вольтметром внутреннее сопротивление источника питания R_i, обычно не учитывается. Между тем, показание вольтметра U связано с измеряемой ЭДС Е соотношением

где R — внутреннее сопротивление вольтметра. Таким образом, даже при простейшем измерении вольтметром ЭДС его показание должно умножаться на поправочный множитель , определяемый расчетным путем.

Пример. 9. По измеренным значениям электрического тока, протека­ющего через сопротивление, и падению напряжения на нем требуется рас­считать значение этого сопротивления.

На рис. 16 показаны два возможных варианта включения измери­тельных приборов. В первом случае из показания амперметра нужно вычесть ток, протекающий через вольтметр (см. рис. 16, в). При боль­шом значении сопротивления R, соизмеримом с внутренним сопротив­лением вольтметра или даже превышающем его, эта поправка значи­тельна.

Во втором случае из показания вольтметра нужно вычесть падение напряжения на амперметре (см. рис. 16, б). Эта поправка значитель­на при небольших значениях R, меньших внутреннего сопротивления амперметра или соизмеримых с ним.

На практике схемы, показанные на рис. 16, а и 16, б, применяют со ответственно при небольших и при больших значениях R, когда указанными поправками можно пренебречь.

Из рассмотренных примеров видно, что поправки могут быть аддитивными и мультипликативными (так называемые поправочные множители), постоянными и закономерно изме­няющимися с течением времени, существенными и несущественными, которыми можно пренебречь. Они могут опреде­ляться теоретически и экспериментально, представлять собой отдельные числа или функции, задаваемые в виде таблиц, графически или с помощью аналитических выражений.

Влияние средства измерений на измеряемую величину во многих случаях проявляется как возмущающий фактор. Включение электроизмерительных приборов приво­дит к перераспределению токов и напряжений в электричес­ких цепях и тем самым оказывает влияние на измеряемые ве­личины. Ртутный термометр, опущенный в пробирку с охлаж­денной жидкостью, подогревает ее и показывает не первона­чальную температуру жидкости, а температуру, при которой устанавливается термодинамическое равновесие. Магнитная стрелка возмущает магнитное поле и т.д. Если возмущающим действием средства измерений пренебречь нельзя, учет его нередко превращается в сложную самостоятельную задачу.

Другим влияющим фактором, который нужно учитывать, является инерционность средств измерений. При измерении быстропеременных процессов многие из них не успевают реагировать на изменение входного сигнала, в результате чего выходной сигнал оказывается искаженным по сравне­нию с входным. Подробно этот вопрос рассматривается в гл. 4.

Некоторые средства измерений дают постоянно завышен­ные или постоянно заниженные показания. Это может быть следствием дефекта при их изготовлении, некоторой нели­нейности преобразования, которое считается линейным, и многих других причин. Такие особенности средств изме­рений выявляются при их аттестации — всестороннем метро­логическом исследовании, в процессе которого их показания при измерении одной и той же физической величины сравнива­ются с показаниями более высокоточного средства измерений. 11о итогам аттестации устанавливается поправка, которую нужно вносить в показания средства измерений. Эта по­правка также может быть аддитивной и мультипликатив­ной, числом или функцией, задаваться графиком, таблицей или формулой.

К числу влияющих факторов относятся также усло­вия измерений. Сюда входят температура окружаю­щей среды, влажность, атмосферное давление, электрические и магнитные поля, напряжение в сети питания, тряска, вибра­ция и многое другое. О том, какую роль могут играть усло­вия измерений, говорит следующий случай.

Пример 10. При выполнении тренировочного полета 27 марта 1968 г. самолет УТИ МИГ-15, пилотируемый Героями Советского Союза Ю.А. Гагариным и B.C. Серегиным, попал в вихревой след другого ре­активного самолета и перешел в штопор. В плотной облачности (8 . ..10 баллов) с нижней границей на высоте 400 . . . 600 м летчики ориен­тировались только по приборам, показания которых в таких условиях носят неустойчивый характер. Кроме того, работа приемника воздуш­ного давления на нерасчетных режимах, запаздывание сигналов в про­водке к баровысотомеру и т. д. привели к завышению в показаниях высо­ты на 200 . . . 300 м. Полагая запас высоты достаточным, летчики выво­дили самолет из пикирования, не прибегая к катапультированию, пока это было еще возможно. После выхода из облачности при угле пики­рования 70 ... 90° запаса времени для катапультирования оказалось уже недостаточно. Для спасения не хватило примерно 2 с, 250 . . . 300 м высоты.

Влияние внешних факторов, к которым относятся условия измерений, учитывается теми же способами, которые были рассмотрены выше.

Пример 11. В магнитном поле Земли корабельная сталь намагничи­вается, и вокруг корабля создается собственное магнитное поле. Под его влиянием магнитный компас указывает направление, отличающееся от направления на северный магнитный полюс. Угол 5 в плоскости гори­зонта между магнитным и компасным меридианами называется девиа­цией магнитного компаса. Девиация, как показано на рис. 13, отсчиты­вается от северной части магнитного меридиана в восточном направлении со знаком плюс, а в западном — со знаком минус и может принимать значение от 0 до p радиан. Периодически ее уничтожают с помощью специальных магнитов — компенсаторов и железа, но так как девиация зависит от курса корабля и географической широты его места, то пол­ностью уничтожить ее для всех условий невозможно. Остаточную девиа­цию на разных курсах определяют экспериментально, сравнивая ком­пасные направления с известными. Таблица девиации входит в "Справоч­ные таблицы штурмана". По ней находят поправку, которая при опреде­лении курса корабля по магнитному компасу алгебраически суммирует­ся с магнитным склонением.